ES3063148T3

ES3063148T3 - Method for estimating parameter of equivalent circuit model for battery, and battery management system

Info

Publication number: ES3063148T3
Application number: ES19747604T
Authority: ES
Inventors: Hyoung Jun Ahn
Original assignee: LG Energy Solution Ltd
Current assignee: LG Energy Solution Ltd
Priority date: 2018-02-01
Filing date: 2019-01-15
Publication date: 2026-04-15
Anticipated expiration: 2039-01-15
Also published as: US20200182939A1; KR102416548B1; WO2019151679A1; EP3671242A1; EP3671242A4; JP6896965B2; CN110741267A; US11269013B2; EP3671242B1; KR20190093409A; CN110741267B; JP2020524264A

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0002] Método para estimar un parámetro de un modelo de circuito equivalente para una batería, y sistema de gestión de baterías

[0003] Sector de la técnica

[0004] La presente divulgación se refiere a un método y un sistema de gestión de baterías para estimar los parámetros de un modelo de circuito equivalente para una batería.

[0005] La presente solicitud reivindica la prioridad de la solicitud de patente coreana n.º 10-2018-0013013, presentada en la República de Corea el 1 de febrero de 2018.

[0006] Antecedentes de la invención

[0007] Recientemente, hay una demanda notablemente creciente de productos electrónicos portátiles, tales como ordenadores portátiles, cámaras de vídeo y teléfonos móviles, y con el amplio desarrollo de vehículos eléctricos, acumuladores para el almacenamiento de energía, robots y satélites, se están realizando muchos estudios sobre baterías de alto rendimiento que se puedan recargar repetidamente.

[0008] Actualmente, las baterías disponibles en el mercado incluyen baterías de níquel-cadmio, baterías de níquel-hidrógeno, baterías de níquel-zinc, baterías de litio y similares y, entre ellas, las baterías de litio tienen poco o ningún efecto de memoria y, por tanto, están generando más interés que las baterías de níquel debido a sus ventajas de carga y descarga libres, una tasa de autodescarga muy baja y una alta densidad energética.

[0009] Para evitar la sobrecarga y la sobredescarga de una batería, es necesario ajustar la corriente de carga y la corriente de descarga de la batería en función del estado de carga (SOC) de la batería. Sin embargo, el SOC de la batería no puede medirse directamente, y se estima en función de la tensión en bornes y la corriente de la batería. Por consiguiente, para controlar la batería de forma más segura y eficaz, sobre todo, es importante estimar con precisión el SOC de la batería.

[0010] Una de las técnicas de estimación del SOC de la batería es el recuento de amperios (también llamado método de integración de corriente). El recuento de amperios estima el SOC de la batería a partir de los resultados de la acumulación secuencial en el tiempo de la corriente de la batería medida periódicamente por un sensor de corriente. Sin embargo, debido a la precisión del propio sensor de corriente o al ruido externo, existe una diferencia entre la corriente de la batería medida por el sensor de corriente y la corriente real de la batería, y también aumenta con el tiempo una diferencia entre el SOC estimado por el recuento de amperios y el SOC real.

[0011] Otra técnica convencional para resolver el problema descrito anteriormente utiliza el filtro de Kalman extendido (EKF) para estimar el SOC de la batería. El EKF utiliza el recuento de amperios junto con un modelo de circuito equivalente para predecir un cambio en la tensión con la corriente de la batería y, por tanto, puede estimar el SOC de la batería con mayor precisión que un enfoque que utilice únicamente el recuento de amperios.

[0012] Durante el funcionamiento del EKF, es necesario actualizar periódicamente los parámetros del modelo de circuito equivalente en función de la tensión en los bornes de la batería, la corriente de la batería y/o la temperatura de la batería utilizando un mapa de parámetros dado. Los datos incluidos en el mapa de parámetros según la técnica convencional indican valores fijos determinados a partir de los resultados de las pruebas de carga/descarga de baterías experimentales. Por consiguiente, los parámetros del modelo de circuito equivalente actualizados mediante el mapa de parámetros según la técnica convencional no consiguen reflejar plenamente los cambios en las propiedades electroquímicas (por ejemplo, un aumento de la resistencia interna) de la batería debido a desviaciones en el proceso de fabricación de la batería o a cargas/descargas repetidas.

[0013] La técnica anterior se describe, además, en los documentos JP 2017090282 A, JP 2011122951 A y US 2018017628 A1.

[0014] Explicación de la invención

[0015] Problema técnico

[0016] La presente divulgación está diseñada para resolver el problema descrito anteriormente, y por lo tanto es un objeto de la presente divulgación proporcionar un método y un sistema de gestión de baterías para actualizar periódicamente los parámetros de un modelo de circuito equivalente que modela las características dinámicas de la tensión en bornes de una batería basada en la tensión en bornes y la corriente de la batería medida de forma periódica.

[0017] Estos/as y otros/as objetivos y ventajas de la presente divulgación se entenderán mediante la siguiente descripción y serán evidentes a partir de las realizaciones de la presente divulgación. Es más, se entenderá fácilmente que los objetos y las ventajas de la presente divulgación se pueden realizar por los medios establecidos en las reivindicaciones adjuntas y las combinaciones de las mismas.

[0018] Solución técnica

[0019] A continuación, se exponen varias realizaciones de la presente divulgación para lograr el objeto descrito anteriormente. Un método según una realización de la presente divulgación es para estimar parámetros de un modelo de circuito equivalente para una batería. El modelo de circuito equivalente incluye una primera resistencia, una segunda resistencia conectada en serie a la primera resistencia y un condensador conectado en paralelo a la segunda resistencia. El método incluye leer, desde una memoria, datos de medición que indican un primer número de tensiones en bornes y un primer número de corrientes medidas en un orden secuencial en cada paso de tiempo en una ventana de tiempo deslizante que tiene un tamaño predefinido, calcular una variación de tensión de un paso de tiempo actual basándose en una tensión en bornes medida en el paso de tiempo actual y una tensión en bornes medida en un paso de tiempo anterior incluida en el primer número de tensiones en bornes, calcular una variación de corriente del paso de tiempo actual basándose en una corriente medida en el paso de tiempo actual y una corriente medida en el paso de tiempo anterior incluida en el primer número de corrientes, determinar si la variación de tensión y la variación de corriente satisfacen una primera condición de filtrado de datos, en donde la primera condición de filtrado de datos se satisface cuando un valor absoluto de la variación de corriente es mayor que un primer umbral, y una multiplicación de la variación de tensión y la variación de corriente es un valor positivo, y estimar, cuando se satisface una primera condición de filtrado de datos, una resistencia de la primera resistencia en el paso de tiempo actual basada en una resistencia de la primera resistencia estimada en el paso de tiempo anterior, la variación de tensión y la variación de corriente. El método incluye además determinar si la variación de tensión y la variación de corriente satisfacen una primera condición de filtrado de datos. El método incluye además determinar si el primer número de corrientes satisface una segunda condición de filtrado de datos, calcular un vector de tensión medido basado en el primer número de tensiones en bornes y un vector de corriente medido basado en el primer número de corrientes, cuando se satisface la segunda condición de filtrado de datos, y estimar una resistencia de la segunda resistencia en el paso de tiempo actual basándose en el vector de tensión medido, el vector de corriente medido, la resistencia de la primera resistencia estimada en el paso de tiempo actual y la resistencia de la segunda resistencia estimada en el paso de tiempo anterior, y la segunda condición de filtrado de datos se satisface cuando una diferencia entre el máximo y el mínimo del primer número de corrientes es mayor que un segundo umbral.

[0020] La etapa de estimar la resistencia de la primera resistencia en el paso de tiempo actual puede utilizar un algoritmo recursivo de mínimos cuadrados. El algoritmo recursivo de mínimos cuadrados incluye las siguientes Ecuaciones 1 y 2,

[0021] <Ecuación 1>

[0024]

[0026] en donde P<1>(n) es un factor de corrección para el paso de tiempo actual, P<1>(n-1) es un factor de corrección para el paso de tiempo anterior, ΔI(n) es la variación de corriente, ΔV(n) es la variación de tensión, λ es un factor de olvido predefinido, R<1_est>(n) es la resistencia de la primera resistencia estimada en el paso de tiempo actual, y R<1_est>(n-1) es la resistencia de la primera resistencia estimada en el paso de tiempo anterior.

[0027] El método puede incluir además establecer la resistencia de la primera resistencia estimada en el paso de tiempo anterior como la resistencia estimada de la primera resistencia en el paso de tiempo actual, cuando no se satisface la primera condición de filtrado de datos.

[0028] La etapa de estimar la resistencia de la segunda resistencia en el paso de tiempo actual puede utilizar una función basada en un algoritmo recursivo de mínimos cuadrados.

[0029] Un sistema de gestión de baterías de acuerdo con otra realización de la presente divulgación es para estimar parámetros de un modelo de circuito equivalente para una batería. El modelo de circuito equivalente incluye una primera resistencia, una segunda resistencia conectada en serie a la primera resistencia y un condensador conectado en paralelo a la segunda resistencia. El sistema de gestión de baterías incluye una unidad de detección configurada para medir una tensión en bornes y una corriente de la batería en cada paso de tiempo, y una unidad de control acoplada operativamente a la unidad de detección, y configurada para registrar la tensión en bornes y la corriente medida por la unidad de detección en cada paso de tiempo en una memoria. La unidad de control está configurada para leer, desde la memoria, datos de medición que indican un primer número de tensiones en bornes y un primer número de corrientes medidas en un orden secuencial en cada paso de tiempo en una ventana de tiempo deslizante que tiene un tamaño predefinido. La unidad de control está configurada para calcular una variación de tensión de un paso de tiempo actual basándose en una tensión en bornes medida en el paso de tiempo actual y una tensión en bornes medida en un paso de tiempo anterior incluida en el primer número de tensiones en bornes. La unidad de control está configurada para calcular una variación de corriente de un paso de tiempo actual basándose en una corriente medida en el paso de tiempo actual y una corriente medida en el paso de tiempo anterior incluida en el primer número de corrientes. La unidad de control está configurada para determinar si la variación de tensión y la variación de corriente satisfacen una primera condición de filtrado de datos, en donde la primera condición de filtrado de datos se satisface cuando un valor absoluto de la variación de corriente es mayor que un primer umbral, y una multiplicación de la variación de tensión y la variación de corriente es un valor positivo. La unidad de control está configurada para estimar, cuando se satisface la primera condición de filtrado de datos, una resistencia de la primera resistencia en el paso de tiempo actual basada en una resistencia de la primera resistencia estimada en el paso de tiempo anterior, la variación de tensión y la variación de corriente. La unidad de control está configurada para determinar si el primer número de corrientes satisface una segunda condición de filtrado de datos. La unidad de control está configurada para calcular un vector de tensión medido basado en el primer número de tensiones en bornes y un vector de corriente medido basado en el primer número de corrientes, cuando se satisface la segunda condición de filtrado de datos, y la unidad de control está configurada para estimar una resistencia de la segunda resistencia en el paso de tiempo actual basándose en el vector de tensión medido, el vector de corriente medido, la resistencia de la primera resistencia estimada en el paso de tiempo actual y la resistencia de la segunda resistencia estimada en el paso de tiempo anterior, en donde la segunda condición de filtrado de datos se satisface cuando una diferencia entre el máximo y el mínimo del primer número de corrientes es mayor que un segundo umbral.

[0030] La unidad de control puede estar configurada para calcular un vector de tensión medido basado en el primer número de tensiones en bornes y un vector de corriente medido basado en el primer número de corrientes, cuando el primer número de corrientes satisface una segunda condición de filtrado de datos. La unidad de control puede estar configurada para estimar una resistencia de la segunda resistencia en el paso de tiempo actual basándose en el vector de tensión medido, el vector de corriente medido y la resistencia de la primera resistencia estimada en el paso de tiempo actual.

[0031] La unidad de control puede estar configurada para estimar la resistencia de la segunda resistencia en el paso de tiempo actual utilizando una función basada en un algoritmo recursivo de mínimos cuadrados.

[0032] Efectos ventajosos

[0033] De acuerdo con al menos una de las realizaciones de la presente divulgación, es posible actualizar periódicamente los parámetros de un modelo de circuito equivalente que modela las características dinámicas de la tensión en bornes de una batería basándose en la tensión en bornes y la corriente de la batería medidas de forma periódica.

[0034] Los parámetros actualizados periódicamente del modelo de circuito equivalente reflejan las características dinámicas de la batería que cambian a medida que la batería se degrada. Por tanto, de acuerdo con la presente divulgación, los parámetros del modelo de circuito equivalente se ajustan de forma adaptativa a medida que la batería se degrada, lo que permite predecir con mayor exactitud la tensión en bornes de la batería. De forma adicional, la tensión en bornes prevista puede utilizarse para controlar un componente (por ejemplo, un interruptor) acoplado eléctricamente a la batería, lo que permite evitar la sobretensión, subtensión, sobrecarga y/o sobredescarga de la batería.

[0035] Los efectos de la presente divulgación no se limitan a los efectos mencionados anteriormente y los expertos en la técnica entenderán claramente estos y otros efectos a partir de las reivindicaciones adjuntas.

[0036] Breve descripción de los dibujos

[0037] Los dibujos adjuntos ilustran una realización preferida de la presente divulgación y, junto con la descripción detallada de la presente divulgación que se describe a continuación, sirven para proporcionar una mayor comprensión de los aspectos técnicos de la presente divulgación y, por tanto, no se debe interpretar que la presente divulgación está limitada a los dibujos.

[0038] La figura 1 es un diagrama que muestra la configuración funcional de un bloque de batería según una realización de la presente divulgación.

[0039] La figura 2 es un diagrama que muestra un modelo de circuito equivalente ilustrativo para una batería.

[0040] La figura 3 es un diagrama de flujo que muestra un método para estimar la resistencia de una primera resistencia como uno de los parámetros de un modelo de circuito equivalente según una realización de la presente divulgación. La figura 4 muestra gráficos de referencia para describir el método de la figura 3.

[0041] La figura 5 es un diagrama de flujo que muestra un método para estimar la resistencia de una segunda resistencia como uno de los parámetros de un modelo de circuito equivalente según una realización de la presente divulgación. La figura 6 muestra un gráfico de referencia para describir el método de la figura 5.

[0042] Realización preferente de la invención

[0043] De aquí en adelante, se describirán las realizaciones preferidas de la presente divulgación en detalle con referencia a los dibujos adjuntos. Antes de la descripción, se debería entender que no se debe interpretar que los términos o las palabras que se usan en la memoria descriptiva y en las reivindicaciones adjuntas están limitados a significados generales y del diccionario, sino que se deben interpretar en función de los significados y conceptos correspondientes a los aspectos técnicos de la presente divulgación basándose en el principio de que el inventor puede definir los términos apropiadamente para una mejor explicación.

[0044] Por lo tanto, las realizaciones descritas en el presente documento y las ilustraciones que se muestran en los dibujos son únicamente una realización más preferente de la presente divulgación, pero no pretenden describir exhaustivamente los aspectos técnicos de la presente divulgación, por lo que se debe entender que, a la hora de presentar la solicitud, se podrían hacer en la misma una variedad de otros equivalentes y modificaciones.

[0045] De forma adicional, al describir la presente divulgación, cuando se considere que determinada descripción detallada de elementos o funciones conocidos pertinentes hace que el tema principal de la presente divulgación sea ambiguo, la descripción detallada se omitirá en el presente documento.

[0046] Los términos que incluyen un número ordinal, tal como "primero", "segundo/a" y similares, se usan para distinguir un elemento de otro de entre diversos elementos, pero sin pretender limitar los elementos mediante dichos términos. A menos que el contexto indique claramente lo contrario, se entenderá que el término "comprende" o "incluye", cuando se utiliza en esta memoria descriptiva, especifica la presencia de elementos mencionados, pero no excluye la presencia o adición de uno o más otros elementos. De forma adicional, la expresión <unidad de control>, como se utiliza en el presente documento, se refiere a una unidad de procesamiento de al menos una función u operación, y esta puede implementarse porhardwareosoftwarepor sí solos o combinados.

[0047] Adicionalmente, a lo largo de la memoria descriptiva, se entenderá, además, que, cuando se hace referencia a un elemento como "conectado a" otro elemento, este puede estar conectado directamente al otro elemento o pueden estar presentes elementos intermedios.

[0048] La figura 1 es un diagrama que muestra la configuración funcional de un bloque de batería 1 de acuerdo con una realización de la presente divulgación.

[0049] Con referencia a la figura 1, el bloque de batería 1 incluye una batería 10, un interruptor 20 y un sistema de gestión de batería 100. El interruptor 20 está configurado para ajustar la magnitud de corriente de carga y/o corriente de descarga de la batería 10 en respuesta a una señal de conmutación (por ejemplo, una señal de modulación de ancho de pulso) del sistema de gestión de batería 100.

[0050] El sistema de gestión de batería 100 está acoplado eléctricamente a la batería 10 y está configurado para supervisar y controlar el estado de la batería 10. El sistema de gestión de batería 100 incluye una unidad de detección 110, una memoria 120, una unidad de control 130 y una interfaz de comunicación 140.

[0051] La unidad de detección 110 incluye una unidad de medición de corriente 111. La unidad de medición de corriente 111 mide la corriente de la batería 10 en cada paso de tiempo definido por una longitud de tiempo predefinida, y transmite una señal de corriente que indica la corriente medida a la unidad de control 130. La corriente en el momento de descargar la batería 10 puede denominarse "corriente de descarga" y la corriente en el momento de cargar la batería 10 puede denominarse "corriente de carga". La unidad de control 130 puede convertir la señal de corriente en forma analógica transmitida desde la unidad de medición de corriente 111 en datos de corriente en forma digital. De aquí en adelante, se supone que la corriente en el momento de la carga se mide como un valor positivo, y la corriente en el momento de la descarga se mide como un valor negativo.

[0052] La unidad de detección 110 puede incluir además una unidad de medición de tensión 112. La unidad de medición de tensión 112 mide la tensión en bornes de la batería 10 en cada paso de tiempo y transmite una señal de tensión que indica la tensión en bornes medida a la unidad de control 130. La unidad de control 130 puede convertir la señal de tensión en forma analógica transmitida desde la unidad de medición de tensión 112 en datos de tensión en forma digital.

[0053] La unidad de detección 110 puede incluir, además, una unidad de medición de temperatura 113. La unidad de medición de temperatura 113 mide la temperatura de la batería 10 en cada paso de tiempo y transmite una señal de temperatura que indica la temperatura medida a la unidad de control 130. La unidad de control 130 puede convertir la señal de temperatura en forma analógica transmitida desde la unidad de medición de temperatura 113 en datos de temperatura en forma digital. La unidad de medición de corriente 111, la unidad de medición de tensión 112 y la unidad de medición de temperatura 113 pueden operar en sincronización de tiempo entre sí. De aquí en adelante, k<ésimo>paso de tiempo se expresa como "paso de tiempo k". De forma adicional, la tensión en bornes y la corriente medidas por la unidad de detección 110 en el paso de tiempo k se expresan respectivamente como V(k) e I(k).

[0054] La memoria 120 puede almacenar adicionalmente datos, instrucciones ysoftwarenecesarios para la operación completa del sistema de gestión de batería 100. La memoria 120 puede almacenar datos que indiquen el resultado de la operación realizada por la unidad de control 130. La tensión en bornes, la corriente y/o la temperatura de la batería 10 medidas por la unidad de detección 110 en cada paso de tiempo pueden registrarse en la memoria 120 en un orden secuencial. La memoria 120 puede incluir al menos un tipo de medio de almacenamiento de tipo memoria flash, tipo disco duro, tipo disco de estado sólido (SSD), tipo unidad de disco de silicio (SDD), tipo tarjeta multimedia de tipo micro, una memoria de acceso aleatorio (RAM), una memoria de acceso aleatorio estática (SRAM), una memoria de solo lectura (ROM), una memoria de solo lectura programable y borrable eléctricamente (EEPROM) y una memoria de solo lectura programable (PROM).

[0055] La unidad de control 130 está operativamente acoplada a la unidad de detección 110, a la memoria 120 y a la interfaz de comunicación 140. La unidad de control 130 registra la tensión en bornes, la corriente y/o la temperatura de la batería 10 medidas por la unidad de detección 110 en cada paso de tiempo en la memoria 120 en un orden secuencial. La unidad de control 130 puede mover, en cada paso de tiempo, una ventana de tiempo deslizante que tiene un tamaño predefinido tanto como un intervalo de tiempo Δt del paso de tiempo, y leer de la memoria 120 una pluralidad de tensiones en bornes y una pluralidad de corrientes medidas en la ventana de tiempo deslizante entre todas las tensiones en bornes y corrientes registradas en la memoria 120. Por ejemplo, cuando el intervalo de tiempo del paso de tiempo es de 0,01 s y el tamaño de la ventana de tiempo deslizante es de 10 s, 1000 tensiones en bornes y 1000 corrientes pueden ser leídas de la memoria 120 en cada paso de tiempo.

[0056] La unidad de control 130 puede implementarse físicamente utilizando al menos uno de los circuitos integrados específicos de la aplicación (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 y unidades eléctricas para realizar otras funciones.

[0057] La interfaz de comunicación 140 puede estar acoplada a un dispositivo externo 2 tal como una unidad de control electrónico (ECU) de un vehículo eléctrico para permitir la comunicación entre ellos. La interfaz de comunicación 140 puede recibir un mensaje de comando del dispositivo externo 2 y proporcionar el mensaje de comando recibido a la unidad de control 130. El mensaje de comando puede ser un mensaje que solicita la activación de una función específica del aparato. La interfaz de comunicación 140 puede transmitir un mensaje de notificación desde la unidad de control 130 al dispositivo externo 2. El mensaje de notificación puede ser un mensaje para informar al dispositivo externo 2 del resultado de la función (por ejemplo, el estado de carga de la batería) realizada por la unidad de control 130.

[0058] La figura 2 es un diagrama que muestra un modelo de circuito equivalente 200 ilustrativo para la batería.

[0059] Con referencia a la figura 2, el modelo de circuito equivalente 200 puede incluir una fuente de tensión 205, una primera resistencia 210, una segunda resistencia 220 y un condensador 230. Los parámetros del modelo de circuito equivalente 200 pueden incluir la resistencia de la primera resistencia 210, la resistencia de la segunda resistencia 220 y la capacitancia del condensador 230.

[0060] La fuente de tensión 205 representa una tensión de circuito abierto (OCV) V<OCV>de la batería determinada a partir del estado de carga (SOC) y la temperatura de la batería. Es decir, la OCV V<OCV>puede determinarse unívocamente cuando se determinan el SOC y la temperatura. La OCV V<OCV>puede predefinirse para cada SOC y cada temperatura. Es decir, un mapa OCV-SOC que defina una correlación entre el SOC, la temperatura y la OCV de la batería pueden almacenarse previamente en la memoria 110. La OCV en el paso de tiempo k<ésimo>puede expresarse como V<OCV>(k). La primera resistencia 210 modela las fluctuaciones de tensión a corto plazo por la corriente que fluye por la batería. La tensión en bornes medida en el momento de cargar la batería es superior a la OCV debido a la resistencia interna de la batería 10. Por el contrario, la tensión en bornes medida en el momento de la descarga de la batería es inferior a la OCV.

[0061] La segunda resistencia 220 y el condensador 230 están conectados entre sí en paralelo. Como se muestra, la segunda resistencia 220 puede conectarse en serie a la primera resistencia 210. Un circuito de conexión en paralelo de la segunda resistencia 220 y el condensador 230 puede denominarse "par RC". A diferencia de la primera resistencia 210, la segunda resistencia 220 está conectada en paralelo al condensador 230. Por consiguiente, el par RC puede modelar la tensión de polarización generada durante la carga y descarga de la batería. Es decir, la combinación en paralelo de la segunda resistencia 220 y el condensador 230 es para modelar el historial de respuesta transitoria de la batería.

[0062] Se supone que la resistencia de la primera resistencia 210 y la resistencia de la segunda resistencia 220 son constantes como R<1>y R<2>, respectivamente. Si Δt es muy pequeña, cada una de la tensión en bornes y la corriente de la batería 10 medidas en un paso de tiempo arbitrario pueden ser constantes hasta el siguiente paso de tiempo, por lo tanto, la OCV de la fuente de tensión 205 también puede manejarse como constante entre dos pasos de tiempo adyacentes.

[0063] Se supone que la tensión de polarización por el par RC en un punto de tiempo arbitrario en el que comienza el paso de tiempo k es V<pola>, y que la resistencia de la primera resistencia 210 y la resistencia de la segunda resistencia 220 son constantes como R<1>y R<2>, respectivamente, del paso de tiempo k al paso de tiempo q. A continuación, la tensión V<modelo>(q) del modelo de circuito equivalente 200 en el paso de tiempo q puede expresarse como la siguiente Ecuación 1.

[0064] <Ecuación 1>

[0067]

[0069] τ es una constante de tiempo preestablecida del par RC.

[0070] La figura 3 es un diagrama de flujo que muestra un método para estimar la resistencia de la primera resistencia 210 como uno de los parámetros del modelo de circuito equivalente 200 según una realización de la presente divulgación, y la figura 4 muestra gráficos de referencia para describir el método de la figura 3.

[0071] En la etapa S310, la unidad de control 130 lee, desde la memoria 120, datos de medición que indican un primer número de tensiones en bornes y un primer número de corrientes medidas por la unidad de detección 110 en un orden secuencial en cada paso de tiempo en una ventana de tiempo deslizante que tiene un tamaño predefinido. Es decir, la unidad de control 130 lee, desde la memoria 120, el primer número de tensiones en bornes y el primer número de corrientes registradas en la memoria 120 a lo largo de un tiempo predefinido en el pasado desde el paso de tiempo actual utilizando la ventana de tiempo deslizante cuyo punto de tiempo final se ha desplazado al paso de tiempo actual. El tiempo predefinido es igual al tamaño de la ventana de tiempo deslizante. El primer número lo fija el tiempo predefinido y el intervalo de tiempo Δt entre cada paso de tiempo. Por ejemplo, cuando el tiempo predefinido=10 s y Δt=0,01 s, el primer número =10 s/0,01 s=1000. Cada vez que la ventana de tiempo deslizante se mueve por Δt, se descarta una más antigua del primer número de tensiones en bornes y se añade una nueva tensión en bornes medida. Análogamente, cada vez que la ventana de tiempo deslizante se mueve por Δt, se descarta una más antigua del primer número de corrientes y se añade una nueva corriente medida.

[0072] El primer número de tensiones en bornes incluye la tensión en bornes V(n) medida en el paso de tiempo actual y la tensión en bornes V(n-1) medida en el paso de tiempo anterior. El primer número de corrientes incluye la corriente I(n) medida en el paso de tiempo actual y la corriente I(n-1) medida en el paso de tiempo anterior.

[0073] En la etapa S320, la unidad de control 130 calcula una variación de tensión ΔV(n) del paso de tiempo actual basándose en la tensión en bornes V(n) medida en el paso de tiempo actual y la tensión en bornes V(n-1) medida en el paso de tiempo anterior. En este caso, la unidad de control 130 puede calcular la variación de tensión ΔV(n) restando la tensión en bornes V(n-1) medida en el paso de tiempo anterior de la tensión en bornes V(n) medida en el paso de tiempo actual. Es decir, ΔV(n) = V(n) - V(n-1).

[0074] En la etapa S330, la unidad de control 130 calcula una variación de corriente ΔI(n) del paso de tiempo actual basándose en la corriente I(n) medida en el paso de tiempo actual y la corriente I(n-1) medida en el paso de tiempo anterior. En este caso, la unidad de control 130 puede calcular la variación de corriente ΔI(n) restando I(n-1) medida en el paso de tiempo anterior de I(n) medida en el paso de tiempo actual. Es decir, ΔI(n) = I(n) - I(n-1).

[0075] A diferencia de aquella de la figura 3, la etapa S330 puede realizarse antes que la etapa S320, o al mismo tiempo que la etapa S320.

[0076] En la etapa S340, la unidad de control 130 determina si la variación de tensión ΔV(n) y la variación de corriente ΔI(n) satisfacen una primera condición de filtrado de datos. La primera condición de filtrado de datos es un criterio para determinar si ΔV(n) y ΔI(n) son adecuados como datos de aprendizaje para estimar la resistencia de la primera resistencia 210.

[0077] Cuando (i) el valor absoluto de la variación de corriente ΔI(n) es mayor que un primer umbral, y (ii) la multiplicación de la variación de tensión ΔV(n) y la variación de corriente ΔI(n) es mayor que 0, la unidad de control 130 puede determinar que se satisface la primera condición de filtrado de datos.

[0078] El primer umbral es un número real mayor que 0, y se preestablece en función de un error de medición de la unidad de medición de corriente 111. La primera resistencia 210 sirve para modelar las fluctuaciones instantáneas de tensión que se forman debido a la resistencia interna de la batería 10, por tanto, cuando el valor absoluto de ΔI(n) es mayor que el primer umbral, es conveniente utilizar ΔI(n) para estimar la resistencia de la primera resistencia 210 en el paso de tiempo actual. En cambio, cuando el valor absoluto de ΔI(n) es igual o inferior al primer umbral, es muy probable que ΔI(n) resulte del error de medición de la unidad de medición de corriente 111, y por lo tanto no es adecuado utilizar ΔI(n) para estimar la resistencia de la primera resistencia 210 en el paso de tiempo actual.

[0079] De forma adicional, según la ley de Ohm, la tensión de la primera resistencia 210 es proporcional a la corriente que fluye a través de la primera resistencia 210. Por consiguiente, solo cuando ΔV(n) y ΔI(n) tienen el mismo signo, es conveniente utilizar ΔV(n) y ΔI(n) para estimar la resistencia de la primera resistencia 210 en el paso de tiempo actual. En cambio, ΔV(n) que tiene un valor positivo y ΔI(n) que tiene un valor negativo o V(n) que tiene un valor negativo y ΔI(n) que tiene un valor positivo significan que un cambio de tensión de la primera resistencia 210 está en contra de la ley de Ohm, y por lo tanto no es adecuado utilizar ΔI(n) para estimar la resistencia de la primera resistencia 210 en el paso de tiempo actual. Cada uno de los dos gráficos mostrados en la figura 4 muestra un cambio en la tensión en bornes y la corriente de la batería 10 en el mismo rango de tiempo. En la figura 4, cada una de la tensión en bornes y la corriente que satisfacen la primera condición de filtrado de datos se marcan con un punto en negrita.

[0080] Cuando el valor de la etapa S340 es "Sí", el método pasa a la etapa S350. Por el contrario, cuando el valor de la etapa S340 es "NO", el método pasa a la etapa S360.

[0081] En la etapa S350, la unidad de control 130 estima la resistencia de la primera resistencia 210 en el paso de tiempo actual basándose en la resistencia R<1_est>(n-1) de la primera resistencia 210 estimada en el paso de tiempo anterior, la variación de tensión ΔV(n) y la variación de corriente ΔI(n).

[0082] La unidad de control 130 puede estimar la resistencia de la primera resistencia 210 en el paso de tiempo actual utilizando el algoritmo recursivo de mínimos cuadrados (RLS), y se proporcionará una descripción detallada a continuación.

[0083] En primer lugar, la suma ponderada de los errores al cuadrado S1 relacionados con la estimación de la resistencia de la primera resistencia 210 puede expresarse como la siguiente Ecuación 2.

[0084] <Ecuación 2>

[0087]

[0089] En la Ecuación 2, R<1_est>(n) es la resistencia de la primera resistencia 210 a estimar. De forma adicional, en la Ecuación 2, λ es un primer factor de olvido que se preestablece como mayor que 0 y menor que 1. λ dará una influencia menor en la estimación de la resistencia de la primera resistencia 210 ya que la tensión en bornes y la corriente se miden en un momento anterior en el pasado desde el paso de tiempo actual.

[0090] La solución de la suma ponderada de errores al cuadrado S1, es decir, R<1_est>(n) para minimizar S1, puede calcularse mediante las siguientes Ecuaciones 3 y 4.

[0091] <Ecuación 3>

[0094]

[0096] P<1>(n) y P<1>(n-1) son un factor de corrección del paso de tiempo actual y un factor de corrección del paso de tiempo anterior, respectivamente. Es decir, P<1>(n-1) se actualiza a P<1>(n) mediante la Ecuación 4.

[0097] En la Ecuación 4, R<1_est>(n-1) es la resistencia preestimada de la primera resistencia 210 en el paso de tiempo anterior. La unidad de control 130 puede calcular la resistencia estimada R<1_est>(n) de la primera resistencia 210 en el paso de tiempo actual utilizando la Ecuación 3 y la Ecuación 4.

[0098] Para el caso en que un valor del símbolo n que indica el paso de tiempo actual se convierte en 1 debido a la inicialización del sistema de gestión de baterías 100, P<1>(0) y R<1_est>(0) pueden almacenarse previamente en la memoria 120 como valores iniciales diferentes. Por ejemplo, P1(0)=(1-λ)/(TH<1>)<2>, y TH<1>puede ser igual al primer umbral. De forma adicional, R<1est>(0) puede ser un valor preestablecido correspondiente a la temperatura de la batería 10 medida en el paso de tiempo inicial. La unidad de control 130 almacena en la memoria 120 la resistencia estimada R<1_est>(n) de la primera resistencia 210 en el paso de tiempo actual.

[0099] En la etapa S360, la unidad de control 130 establece la resistencia R<1_est>(n-1) de la primera resistencia 210 estimada en el paso de tiempo anterior como la resistencia R<1_est>(n) de la primera resistencia 210 estimada en el paso de tiempo actual. Es decir, la resistencia de la primera resistencia 210 en el paso de tiempo actual se trata como igual a la resistencia R<1_est>(n-1) de la primera resistencia 210 estimada en el paso de tiempo anterior. Por consiguiente, a diferencia de S350, R<1_est>(n) = R<1_est>(n-1).

[0100] La figura 5 es un diagrama de flujo que muestra un método para estimar la resistencia de la segunda resistencia 220 como otro de los parámetros del modelo de circuito equivalente 200 según una realización de la presente divulgación, y la figura 6 muestra un gráfico de referencia para describir el método de la figura 5.

[0101] En la etapa S510, la unidad de control 130 determina si el primer número de corrientes satisface una segunda condición de filtrado de datos. La segunda condición de filtrado de datos es un criterio para determinar si el primer número de tensiones en bornes y el primer número de corrientes son adecuados como datos de aprendizaje para estimar la resistencia de la segunda resistencia 220.

[0102] Cuando una diferencia entre el máximo y el mínimo del primer número de corrientes es mayor que un segundo umbral, la unidad de control 130 puede determinar que se satisface la segunda condición de filtrado de datos. El gráfico mostrado en la figura 6 muestra un cambio en la corriente de la batería 10 medida durante un tiempo más largo que el tamaño de la ventana de tiempo deslizante. Se supone que el tamaño de la ventana de tiempo deslizante es de 10 s y el segundo umbral es 10 A. Viendo la figura 6, la diferencia entre el máximo y el mínimo de la corriente medida de 330 s a 340 s es 100 A o superior. Por consiguiente, la corriente medida de 330 s a 340 s satisface la segunda condición de filtrado de datos. En cambio, la corriente medida de 390 s a 400 s es constante, y no satisface la segunda condición de filtrado de datos.

[0103] Debido al condensador 230, la tensión de la segunda resistencia 220 cambia más lentamente que la tensión de la primera resistencia 210. Por consiguiente, se prefiere que el segundo umbral sea mayor que el primer umbral.

[0104] Cuando el valor de la etapa S510 es "SÍ", se lleva a cabo la etapa S520. Cuando el valor de la etapa S510 es "NO", se lleva a cabo la etapa S540.

[0105] En la etapa S520, la unidad de control 130 genera un vector de tensión medido basado en el primer número de tensiones en bornes y un vector de corriente medido basado en el primer número de corrientes. De aquí en adelante, se supone que el primer número es m de 2 o mayor. Los expertos en la materia entenderán que n indica que el orden del paso de tiempo actual es mayor que m.

[0106] El vector de tensión medido puede expresarse como una matriz m×1, tal como se indica a continuación.

[0109]

[0111] El vector de corriente medido puede expresarse como una matriz m×1 como se indica a continuación.

[0114]

[0116] En lo anterior, el símbolo T indica la matriz transpuesta.

[0117] En la etapa S530, la unidad de control 130 estima la resistencia de la segunda resistencia 220 en el paso de tiempo actual basándose en el vector de tensión medido V<vec>, el vector de corriente medido I<vec>, la resistencia R<1_est>(n) de la primera resistencia 210 estimada en el paso de tiempo actual, y la resistencia R<2_est>(n-1) de la segunda resistencia 220 estimada en el paso de tiempo anterior.

[0118] La unidad de control 130 puede estimar la resistencia de la segunda resistencia 220 en el paso de tiempo actual utilizando la siguiente Ecuación 5 que representa una función basada en el algoritmo RLS.

[0119] <Ecuación 5>

[0120]

[0122] En la Ecuación 5, la función f() produce R<2_est>(n) cuando R<1_est>(n), R<2est>(n-1), V<vec>e I<vec>se introducen. R<2_est>(n-1) es la resistencia estimada de la segunda resistencia 220 que indica el historial de respuesta transitoria de la batería en el periodo de observación anterior. El período de observación anterior es un período comprendido entre el paso de tiempo inicial y el paso de tiempo anterior. Análogamente, R<2_est>(n) es la resistencia estimada de la segunda resistencia 220 que indica el historial de respuesta transitoria de la batería en el periodo de observación actual.

[0123] En la etapa S540, la unidad de control 130 establece la resistencia R<2_est>(n-1) de la segunda resistencia 220 estimada en el paso de tiempo anterior como la resistencia R<2_est>(n) de la segunda resistencia 220 estimada en el paso de tiempo actual. Es decir, la resistencia de la segunda resistencia 220 en el paso de tiempo actual se trata como igual a la resistencia R<2_est>(n-1) de la segunda resistencia 220 estimada en el paso de tiempo anterior. Por consiguiente, a diferencia de S530, R<2_est>(n) = R<2_est>(n-1).

[0124] La unidad de control 130 puede predecir la tensión en bornes de la batería 10 utilizando la resistencia estimada R<1_est>(n) de la primera resistencia 210 y la resistencia estimada R<2_est>(n) de la segunda resistencia 220, y ajustar el ciclo de trabajo de la señal de conmutación emitida al conmutador 20 basándose en la tensión en bornes predicha.

[0125] La unidad de control 130 puede estimar el SOC de la batería 10 en el paso de tiempo actual utilizando la resistencia estimada R<1_est>(n) de la primera resistencia 210 y la resistencia estimada R<1_est>(n) de la segunda resistencia 220, y ajustar el ciclo de trabajo de la señal de conmutación emitida al conmutador 20 basándose en el SOC estimado. Los datos que indican los resultados de realizar cada etapa mostrada en las figuras 3 y 5 pueden ser almacenados en la memoria 120 por la unidad de control 130 cada vez que se termina cada etapa.

[0126] Las realizaciones de la presente divulgación descritas anteriormente no se implementan únicamente a través del aparato y el método, sino que pueden implementarse a través de programas que realizan las funciones correspondientes a las configuraciones de las realizaciones de la presente divulgación o medios de grabación que tienen los programas grabados en ellos, y esta implementación la pueden llevar a cabo con facilidad los expertos en la materia a partir de la divulgación de las realizaciones descritas anteriormente.

[0127] Si bien la presente divulgación se ha descrito anteriormente con respecto a un número limitado de realizaciones y dibujos, la presente divulgación no se limita a los mismos y es evidente para los expertos en la materia que se pueden realizar diversas modificaciones y cambios en los mismos dentro de los aspectos técnicos de la presente divulgación y el alcance equivalente de las reivindicaciones adjuntas.

Claims

1. REIVINDICACIONES

1. Un método para estimar parámetros de un modelo de circuito equivalente (200) para una batería (10), en donde el modelo de circuito equivalente incluye una primera resistencia (210), una segunda resistencia (220) conectada en serie a la primera resistencia y un condensador (230) conectado en paralelo a la segunda resistencia (220), comprendiendo el método:

leer, desde una memoria (120), datos de medición que indican un primer número de tensiones en bornes y un primer número de corrientes medidas en un orden secuencial en cada paso de tiempo en una ventana de tiempo deslizante que tiene un tamaño predefinido;

calcular una variación de tensión de un paso de tiempo actual basándose en una tensión en bornes medida en el paso de tiempo actual y una tensión en bornes medida en un paso de tiempo anterior incluida en el primer número de tensiones en bornes, y

calcular una variación de corriente del paso de tiempo actual basándose en una corriente medida en el paso de tiempo actual y una corriente medida en el paso de tiempo anterior incluida en el primer número de corrientes,caracterizado por queel método comprende además:

determinar si la variación de tensión y la variación de corriente satisfacen una primera condición de filtrado de datos, en donde la primera condición de filtrado de datos se satisface cuando un valor absoluto de la variación de corriente es mayor que un primer umbral, y la multiplicación de la variación de tensión y la variación de corriente es un valor positivo; y

estimar, cuando se satisface la primera condición de filtrado de datos, una resistencia de la primera resistencia (210) en el paso de tiempo actual basada en una resistencia de la primera resistencia (210) estimada en el paso de tiempo anterior, la variación de tensión y la variación de corriente,

determinando si el primer número de corrientes satisface una segunda condición de filtrado de datos; calcular un vector de tensión medido basado en el primer número de tensiones en bornes y un vector de corriente medido basado en el primer número de corrientes, cuando se satisface la segunda condición de filtrado de datos; y

estimar una resistencia de la segunda resistencia en el paso de tiempo actual basándose en el vector de tensión medido, el vector de corriente medido, la resistencia de la primera resistencia estimada en el paso de tiempo actual y la resistencia de la segunda resistencia estimada en el paso de tiempo anterior,

en donde la segunda condición de filtrado de datos se satisface cuando una diferencia entre el máximo y el mínimo del primer número de corrientes es mayor que un segundo umbral.

2. El método según la reivindicación 1, en donde la estimación de la resistencia de la primera resistencia (210) en el paso de tiempo actual utiliza un algoritmo recursivo de mínimos cuadrados.

3. El método según la reivindicación 2, en donde el algoritmo recursivo de mínimos cuadrados incluye las siguientes Ecuaciones 1 y 2,

<Ecuación 1>

en donde P<1>(n) es un factor de corrección para el paso de tiempo actual, P<1>(n-1) es un factor de corrección para el paso de tiempo anterior, ΔI(n) es la variación de corriente, ΔV(n) es la variación de tensión, λ es un factor de olvido predefinido, R<1_est>(n) es la resistencia de la primera resistencia (210) estimada en el paso de tiempo actual, y R<1_est>(n-1) es la resistencia de la primera resistencia (210) estimada en el paso de tiempo anterior.

4. El método según la reivindicación 1, que comprende, además:

establecer la resistencia de la primera resistencia (210) estimada en el paso de tiempo anterior como la resistencia de la primera resistencia (210) estimada en el paso de tiempo actual, cuando no se satisface la primera condición de filtrado de datos.

5. El método según la reivindicación 1, en donde la estimación de la resistencia de la segunda resistencia (220) en el paso de tiempo actual utiliza una función basada en un algoritmo recursivo de mínimos cuadrados.

6. Un sistema de gestión de baterías (100) para estimar parámetros de un modelo de circuito equivalente para una

batería (10), en donde el modelo de circuito equivalente incluye una primera resistencia, una segunda resistencia conectada en serie a la primera resistencia y un condensador conectado en paralelo a la segunda resistencia, comprendiendo el sistema de gestión de batería (100):

una unidad de detección (110) configurada para medir una tensión en bornes y una corriente de la batería (10) en cada paso de tiempo; y

una unidad de control (130) operablemente acoplada a la unidad de detección (110), y configurada para registrar en una memoria (120) la tensión en bornes y la corriente medidas por la unidad de detección (110) en cada paso de tiempo,

en donde la unidad de control (130) está configurada para:

leer, desde la memoria (120), datos de medición que indican un primer número de tensiones en bornes y un primer número de corrientes medidas en un orden secuencial en cada paso de tiempo en una ventana de tiempo deslizante que tiene un tamaño predefinido,

calcular una variación de corriente de un paso de tiempo actual basándose en una corriente medida en el paso de tiempo actual y una corriente medida en el paso de tiempo anterior incluida en el primer número de corrientes,

el sistema de gestión de baterías (100) estácaracterizado por quela unidad de control está además configurada para:

determinar si la variación de tensión y la variación de corriente satisfacen una primera condición de filtrado de datos, en donde la primera condición de filtrado de datos se satisface cuando un valor absoluto de la variación de corriente es mayor que un primer umbral, y una multiplicación de la variación de tensión y la variación de corriente es un valor positivo,

estimar, cuando se satisface la primera condición de filtrado de datos, una resistencia de la primera resistencia (210) en el paso de tiempo actual basada en una resistencia de la primera resistencia (210) estimada en el paso de tiempo anterior, la variación de tensión y la variación de corriente, determinar si el primer número de corrientes satisface una segunda condición de filtrado de datos; calcular un vector de tensión medido basado en el primer número de tensiones en bornes y un vector de corriente medido basado en el primer número de corrientes, cuando se satisface la segunda condición de filtrado de datos; y

estimar una resistencia de la segunda resistencia en el paso de tiempo actual basándose en el vector de tensión medido, el vector de corriente medido, la resistencia de la primera resistencia estimada en el paso de tiempo actual y la resistencia de la segunda resistencia estimada en el paso de tiempo anterior, en donde la segunda condición de filtrado de datos se satisface cuando una diferencia entre el máximo y el mínimo del primer número de corrientes es mayor que un segundo umbral.

7. El sistema de gestión de baterías según la reivindicación 6, en donde la unidad de control (130) está configurada para:

calcular un vector de tensión medido basado en el primer número de tensiones en bornes y un vector de corriente medido basado en el primer número de corrientes, cuando el primer número de corrientes satisface una segunda condición de filtrado de datos, y

estimar una resistencia de la segunda resistencia en el paso de tiempo actual basándose en el vector de tensión medido, el vector de corriente medido y la resistencia de la primera resistencia (210) estimada en el paso de tiempo actual.

8. El sistema de gestión de baterías según la reivindicación 7, en donde la unidad de control (130) está configurada para estimar la resistencia de la segunda resistencia (220) en el paso de tiempo actual utilizando una función basada en un algoritmo recursivo de mínimos cuadrados.