MX2007008902A

MX2007008902A - Metodo y sistema para modelar el flujo de energia para monitorear el diagnostico de baterias de vehiculos.

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Publication number: MX2007008902A
Application number: MX2007008902A
Authority: MX
Inventors: James Palladino
Original assignee: Llc Internat Truck Intellectua
Priority date: 2006-04-06
Filing date: 2007-07-24
Publication date: 2009-01-23
Also published as: US20070236181A1; CA2594703A1; EP2019324A1; US7498772B2; CA2594703C

Abstract

Un modelo de baterías ácidas de plomo, adecuado para programarse en una computadora de la carrocería en vehículos de motor, utiliza variables de operación, de la batería objetivo y del ambiente, para mantener la sincronización del modelo con la batería objetivo bajo condiciones reales de operación. El modelo incluye una sección de flujo de energía con al menos dos integradores para estimular los depósitos, primario y de recuperación, de la carga en la batería. Una señal de estimulación de voltaje de salida proporciona una señal para la comparación con el voltaje medido de la batería para la sincronización. La capacidad de los depósitos se genera a partir de las especificaciones del fabricante medidas contra el funcionamiento o rendimiento de la batería.

Description

MÉTODO Y SISTEMA PARA MODELAR EL FLUJO DE ENERGÍA PARA MONITOREAR EL DIAGNÓSTICO DE BATERIAS DE VEHÍCULOS ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN 1. Campo Técnico: La invención se refiere al monitoreo in situ del estado de carga de una batería de un vehículo de motor, en particular una batería de plomo. 2. Descripción del Problema Las baterías de plomo son la fuente convencional de energía usada por los arrancadores automáticos para arrancar los motores de combustión interna instalados en los vehículos de motor. Las baterías de plomo también proporcionan energía auxiliar para otros componentes eléctricos instalados en tales vehículos. La falla de una batería para suministrar la energía para el arranque puede requerir el arranque puenteado del motor o una costosa y tardada llamada de servicio por asistencia. Sería una ventaja para los operadores recibir advertencias para impedir la falla de la batería a tiempo para tomar acciones correctivas antes de la falla de una batería en el campo . Las baterías de plomo usadas típicamente en los vehículos se evalúan de acuerdo con la especificación SAE J537 de la Society of Automotive Engineers . La especificación J537 define dos modos diferentes en los cuales se mide la capacidad, Amperios de Arranque en Frío (CCA) , y Capacidad de Reserva (RC) . La CCA es una indicación de la habilidad de las baterías para suministrar alta potencia por un periodo corto (el amperaje que se espera que una batería completamente cargada suministre por 30 seg.). La RC es una indicación de la capacidad de energía total (el número de minutos que una batería puede suministrar 25 amperios) . Por ejemplo, se espera que una batería evaluada a 650 CCA suministre 650 amperios por 30 seg. (bajo condiciones controladas establecidas en la especificación) . Del mismo modo, se espera que una batería evaluada a 180 RC suministre 25 amperios de corriente por 180 minutos . Las baterías de plomo se construyen de placas alternadas, separadas estrechamente de esponja de plomo (Pb) , el cual sirve como las placas negativas, y dióxido de plomo (Pb02) el cual sirve como las placas positivas. Preferiblemente las placas se sumergen en una solución acuosa de ácido sulfúrico (H2S04) , la cual sirve como un electrolito. Durante la descarga de la batería ambas placas reaccionan con el electrolito y se forma sulfato de plomo (PbS04) tanto en las placas negativas y las positivas. La concentración del ácido en el electrolito disminuye. Ya que las placas se vuelven químicamente más similares y la fuerza ácida del electrolito cae, el voltaje de una batería comenzará a caer. De completamente cargada a completamente descargada cada celda pierde 0.2 voltios de potencial (de aproximadamente 1.2 voltios a 1.9 voltios) . La velocidad a la cual ocurre la reacción gobierna el flujo de energía y las características de energía de la batería. Muchos factores controlan la velocidad de la reacción, tales como la cantidad de material activo en las placas y la disponibilidad del ácido. Cuando una batería se descarga, el ácido en los poros de las placas de plomo reacciona primero. El electrolito agotado en las placas se reabastece por el electrolito en el resto de la batería. Una batería de plomo se puede visualizar por lo tanto como teniendo varios depósitos de energía disponible. Uno de los cuales esta disponible para el uso inmediato, el deposito primario, y los depósitos secundarios que reabastecen al primario. La integridad física de las placas y la pureza y la concentración del electrolito determinan el potencial total de la batería. Óptimamente, recargar una batería invertiría el proceso de la descarga, fortaleciendo el ácido en el electrolito y restableciendo la composición química original y la estructura física de las placas. En la práctica, sin embargo, las reacciones químicas y los cambios químicos resultantes que producen corriente durante la descarga no son perfectamente reversibles. Las razones para esto son varias. Por ejemplo, las corrientes de entrada y de salida no son simétricas. Una batería de vehículo de motor puede descargar varios cientos de amperios-segundo durante el periodo relativamente corto de arranque de un motor. La recarga ocurre entonces durante los primeros minutos después que el motor comienza a corre a velocidades muy bajas de flujo de corriente. El ciclo repetido de descarga y recarga subsecuente de las baterías de plomo resulta en desequilibrios químicos y en pérdida de la solución electrolítica, la formación de compuestos indeseables sobre las placas de la batería y el deterioro físico de las placas.

Recargar una batería tiene varios efectos secundarios, incluyendo la polarización de la batería, el sobrecalentamiento y la descomposición electrolítica del agua en hidrógeno y oxígeno molecular. Estos factores contribuyen a que la batería no regrese a su estado original . La electrólisis del agua en el electrolito reduce el volumen físico, y la cantidad del electrolito. La descomposición electrolítica del agua deja al electrolito excesivamente ácido, con la degradación consecuente de las placas de la batería. Las altas temperaturas desarrolladas durante la recarga pueden promover la sulfatación de las placas de la batería (es decir, la formación de sulfato de plomo cristalino relativamente insoluble, endurecido, sobre la superficie de las placas) , lo cual a su vez aumenta la resistencia interna de la batería. En alguna extensión la sulfatación y otros factores que resultan en la reducción lenta de la capacidad de carga de la batería de plomo se pueden controlar evitando la sobrecarga, o evitando el sobrecalentamiento de la batería que ruge de la recarga excesivamente rápida, pero en la practica es inevitable el deterioro lento de una batería. La polarización resulta en un electrolito mal mezclado y una condición donde el voltaje de la batería refleja 2.1 voltios plenos por celda, pero sólo porque las áreas locales del electrolito contienen sobre-concentraciones de ácido, lo cual a su vez puede dañar las placas. Cuando la condición física de una batería se deteriora, se reduce su capacidad para mantener una carga, en términos de amperios-hora . Este es el caso aun cuando la batería continua exhibiendo un potencial de 2.1 voltios por celda cuando se carga al máximo. Por consiguiente, el estado de carga de la batería y la energía de arranque disponible de la batería no son, a largo plazo, reflejadas exactamente por el voltaje de circuito abierto. La condición de la batería se indica mejor por la gravedad específica de la solución electrolítica de la batería. Convencionalmente, la mejor manera para medir el estado de carga de una batería de plomo ha sido medir la gravedad especifica del electrolito de una batería llenada (y ejercitada) apropiadamente usando un hidrómetro con compensador de temperatura. Se puede usar una prueba bajo carga de la batería bajo condiciones controladas, ya sea en conjunción con una verificación de la gravedad específica o independientemente. Una carga bajo carga somete una batería cargada completamente a una carga de amperaje igual a ¾ de la capacidad de arranque en frío de la batería (a -18 grados Celsius) por 15 segundos, después se mide el voltaje y la corriente bajo carga y se requiere hacer referencia a una gráfica de voltajes para evaluar la condición de la batería. Véase Storage Battery Technical Service Manual, Décima Edición, publicada por el Battery Council International, Chicago 111. (1987). Obviamente tales procedimientos no se practican de manera fácil en el campo, donde los conductores/operadores de los vehículos podrían hacer uso de una indicación rápida si una batería tiene suficiente energía de arranque para arrancar un motor. Para satisfacer la necesidad por una evaluación de la condición de la batería en el campo y para proporcionar una estimación exacta del estado de carga (SOC) de una batería, la técnica previa ha propuesto varios sistemas de monitoreo de baterías los cuales se basan en indicaciones directas de la condición de la batería. En una vista general amplia, una batería de plomo exhibirá diferentes características de operación cuando está nueva, en oposición a cuando está usada. Cuando se deteriora la batería está exhibirá una mayor resistencia interna, y no aceptará una corriente de entrada tan grande. El voltaje bajo carga caerá más rápidamente. Los indicadores relacionados con estos factores se pueden monitorear para dar una indicación de la condición de la batería. Sin embargo, las dificultades surgen de la incapacidad para controlar las condiciones de la evaluación. Uno de tales sistemas dirigido a determinar la condición de la batería es la Patente Norteamericana No. 5,744,963 de Arai et al. Arai muestra un sistema de estimación de la capacidad residual de la batería, la Capacidad residual se estima a partir de un método de integración de corriente el cual utiliza una sección de cálculo de la tendencia de voltaje-corriente, detectores para obtener la corriente y el voltaje terminal de la batería, una sección de cálculo lineal de voltaje-c, y una operación de comparación para detectar cuando ha declinado la capacidad residual en comparación con una capacidad residual del periodo anterior. Palanisamy, Patente Norteamericana No. 5,281,919, describe otro método para monitorear una batería de vehículo usada con un motor de gasolina. Cinco variables se monitorean incluyendo la temperatura ambiente (T) , el voltaje de la batería (V) , el voltaje (Vs) de la fuente de alimentación (típicamente un alternador/regulador de voltaje) , la corriente de la batería (I) y el tiempo (t) . A partir estas variables, la patente proporciona algoritmos para determinar el Estado de Carga (SOC) de la batería, la resistencia interna (IR) , la polarización, y lleva a cabo varios diagnósticos. Palanisamy determina el SOC de la batería usando una combinación de integración de carga y mediciones de voltaje a circuito abierto. La porción de circuito abierto de la prueba se basa en una caída de voltaje de 0.2 voltios por celda desde una celda de plomo cargada completamente a una celda de plomo descargada. El voltaje de la batería de circuito abierto (OCV o VOCV) se puede tomar con el motor encendido, pero se mide en un punto de tiempo el cual evita los efectos de la polarización de la batería. El voltaje a circuito abierto se considera coincidente con la ausencia de flujos de corriente adentro y afuera de la batería por un periodo mínimo. La integración de corriente toma en cuenta el flujo de corriente (I) adentro y afuera de la batería. El monitoreo comienza a partir de un punto de carga predeterminada de la batería, preferiblemente una carga completa cuando se determina por la prueba de voltaje a circuito abierto. Como observa Palanisamy, la integración de corriente se somete al error de la batería fuera de la gasificación y el deterioro de la condición física de la batería. La combinación de los resultados se ofrece como una mejoría en la medición del estado de carga de una batería, pero, debido a los errores sistemáticos identificados en la patente, no es necesariamente una medición exacta de la condición de la batería. La resistencia interna (IR) se estima a partir de voltaje a circuito abierto y el flujo de corriente de la batería enseguida en la imposición de la carga inicial. La power output capacity se estima a partir de la IR. La polarización de la batería surge de la no uniformidad de la densidad del electrolito entre las placas de la batería y se estima usando el VS7 I y la última lectura del voltaje de la batería durante el arranque. La IR se puede usar para obtener la capacidad de salida de la batería para una variedad de temperaturas, y después se usa para la comparación con una tabla de requerimientos de energía de arranque del motor suministrada por el fabricante del motor. Palanisamy está limitado debido al hecho de que, bajo las condiciones de operación comunes, la corriente requerida para arrancar un motor de gasolina es substancialmente menor que los requerimientos de carga de una prueba bajo carga estándar. El arranque de un motor de gasolina usualmente no genera datos en alguna parte cercana a la calidad de los datos producidos por la prueba bajo carga a condiciones controladas que hace referencia a las gráficas de voltaje publicadas inútiles como un mecanismo para determinar las condiciones de la batería. La Patente Norteamericana 6,417,668 de Howard et al, la cual se asigna al beneficiario de la presente solicitud, describe un sistema de monitoreo de baterías in situ. Howard indica que tras el movimiento de un interruptor de ignición del vehículo de apagado a encendido, inicia in proceso para evaluar la batería del vehículo. Se mide el voltaje a circuito abierto y la temperatura ambiente. El voltaje a circuito abierto se compara con la tabla de rangos de voltajes a circuito abierto permisibles como una función de la temperatura ambiente para determinar, como una cuestión inicial, si el voltaje a circuito abierto está dentro de los rangos aceptables para la batería como se indica por las especificaciones del fabricante. Si el voltaje a circuito abierto cae dentro del rango aceptable, se determina si ha pasado tiempo suficiente desde la ejecución más reciente de la rutina para evitar los efectos de polarización sobre el voltaje de circuito abierto medico. Si se indica la posibilidad de efectos de polarización sobre el voltaje a circuito abierto medido, por un lapso breve desde que se ejerció por último la batería del vehículo, se impone una prueba de carga sobre la batería del vehículo empleando un sistema de arranque del motor para arrancar el motor del vehículo. Si la prueba es automaticaza se puede proporcionar un seguro basado, por ejemplo, en si la capota está abierta o cerrada. Después del periodo T, el cual se fija preferiblemente de antemano, de arranque del motor, se mide el voltaje a través de las terminales de la batería del vehículo y la corriente de la batería del vehículo. Ambas mediciones ocurren mientras la batería permanece bajo la carga impuesta por el arranque. Una tabla de especificación desarrollada empíricamente indica la capacidad de la batería como una función de los resultados de la prueba bajo carga. La tabla se puede actualizar por el historial de la batería. Una especificación de la energía de arranque requerida por el motor que utiliza las mediciones del detector como entradas proporciona un valor para la comparación con la figura de capacidad. Una comparación proporciona un criterio de entrada para generar un resultado desplegable. El modelado de la batería proporciona una alternativa parcial a las tablas generadas empíricamente. El concepto del modelo de la batería que utiliza varios depósitos con energía fluyendo entre ellos se ha descrito previamente. Véase, por ejemplo : 1) "Hybrid Vehicle Simulation for a Turbogenerator-Based Power Train"- C. Leontopoulos , M.R. Etermad, K.R. Pullen, M.U.

Lamperth (Proceedings of the I MECH E Part D Journal of Automobile Engineering Volume 212, 1998, pg 357-368) 2) "Temperature-Dependent Battery Models for High-Power Lithium-Ion Batteries" V. H. Johnson, A.A. Pesaran (Presentado en el 17avo Electric Vehicle Symposium, Montreal Canadá, Octubre 16-18 del 2000) 3) "Battery Characterization System" Thomas J. Dougherty (Solicitud de Patente Norteamericana 2004/0212367 Al Octubre 28 de 2004) 4) "Lead Acid Battery Model" (Saber Electronic Simulator, Generic Témplate Library, octubre de 1999, Synopsys, Inc. 700 East Middlefield RD. Mountain View, CA) . Se han propuesto análogos tanto eléctricos e hidrodinámicos . El modelo general proporciona una aproximación de las características actuales de la batería cuando se implementa con herramientas de modelado y simulación, y es útil en el diseño de sistemas eléctricos donde están involucradas las baterías. Pero los modelos son inadecuados para baterías de plomo de vehículos de motor. Las deficiencias tienen que ver con las condiciones controladas en las simulaciones de diseño contra las condiciones descontroladas en un vehículo y la necesidad de sincronizar el monitoreo in situ con una batería real .

Hay varios modos en los cuales se puede perder esa sincronización entre el modelo y la batería objetivo. Una manera es por las condiciones críticas del algoritmo para ser establecidas diferentes de las del objetivo. Esto ocurriría cuando el algoritmo se inicia/reinicia inicialmente, las baterías se reemplazan, etc. Es improbable que los parámetros por defecto tales como el estado de carga de la batería igualen a los de la batería real en este caso. Otra pérdida de sincronización puede ocurrir si el dispositivo que corre el algoritmo pierde energía cuando el vehículo se apaga. Finalmente, los errores del modelo también causan pérdida de sincronización . BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN De acuerdo con la invención se proporciona aquí un modelo el cual se evalúa fácilmente por medio de una computadora, usando un conjunto mínimo de variables de operación medidas de la batería para proporcionar un estimado del estado de carga de la batería y para definir y proporcionar un estado de recuperación de la batería. EL sistema de modelado de baterías de plomo incluye un detector de voltaje conectado para proporcionar mediciones del voltaje a través de las terminales de una batería de plomo objetivo, un detector de corriente acoplado para proporcionar mediciones de la corriente a través de la batería de plomo objetivo, y un detector de temperatura que proporciona una medición de una temperatura que se espera corresponda a la temperatura de la batería. Una computadora de la carrocería del vehículo se conecta a los detectores para recibir las mediciones de temperatura, corriente y voltaje. La computadora de la carrocería del vehículo tiene un programa almacenado que define un modelo de flujo de energía para la batería objetivo. El modelo de la batería incluye un módulo de flujo de energía con al menos dos depósitos de almacenamiento de energía, una sección de cálculo de la capacidad de la batería para establecer una capacidad estimada para los depósitos de almacenamiento de energía y un módulo para predecir el voltaje de salida de la batería objetivo. Tras la ejecución de la computadora de la carrocería, el programa almacenado responde a las mediciones para ajustar las capacidades de los depósitos de almacenamiento de energía, determinando el estado de carga de los depósitos de almacenamiento de energía y para predecir el voltaje de salida de la batería objetivo. La comparación del voltaje pronosticado y el voltaje de salida medido de la batería permite la sincronización entre el módulo de flujo de energía y la batería objetivo. Los afectos, características y ventajas adicionales serán aparentes en la descripción escrita que sigue. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Los aspectos novedosos considerados característicos de la invención se establecen en las reivindicaciones anexas. La invención en si sin embargo, así como un modo preferido de uso, otros aspectos y ventaja de la misma, se entenderán mejor haciendo referencia a la siguiente descripción detallada de una modalidad ilustrativa cuando se lee en conjunción con los dibujos anexos, en donde: La Fig. 1 es un diagrama de bloques de alto nivel de la invención . La Fig. 2 es una vista en perspectiva de un larguero de camión que ilustra el montaje de un arreglo de baterías. La Fig. 3 es una vista general esquemática de un sistema de control de un vehículo de motor que incorpora el monitoreo de la batería, permitiendo el modelado de la batería. La Fig. 4 es un diagrama de bloques de alto nivel de un modelo de batería genérico. La Fig. 5 es un diagrama de flujo de datos del modelo de batería de la invención. La Fig. 6 es una vista más detallada del flujo de energía en el modelo de la Fig. 5. La Fig. 7 es una gráfica del modelo de la batería que incorpora una pluralidad de integradores de corriente. La Fig. 8 es una representación gráfica del flujo de energía en el modelo de batería de la invención.

La Fig. 9 es una ilustración gráfica de la determinación del voltaje de salida pronosticado del modelo de batería para la sincronización. La Fig. 10 ilustra las tablas de consulta usadas por el modelo. La Fig. 11 es una ilustración gráfica de la respuesta del modelo a las corrientes de descarga. La Fig. 12 es una ilustración gráfica de la determinación del estado de recuperación de la batería objetivo. La Fig. 13 es una comparación gráfica ejemplificante del voltaje de salida pronosticado contra el voltaje de salida medido de la batería objetivo. La Fig. 14 es un diagrama de flujo del cálculo de capacidad de la batería. La Fig. 15 es un diagrama de flujo de la capacidad de arranque en frío de la batería. La Fig. 16 es una serie de gráficas que ilustran las variables de operación pronosticadas para la batería. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN 1. Ambiente de Aplicación La Fig. 1 muestra el ambiente de la invención en un alto nivel de abstracción, con la batería 21 y un detector 44 de temperatura conectados para suministrar las entradas de datos (voltaje de la batería, corriente de la batería y temperatura) a un módulo 60 de monitoreo de la batería. Idealmente la lectura de la temperatura es la temperatura de la batería, aunque se puede usar otra fuente si se relaciona de manera confiable con la temperatura de la batería. En las aplicaciones camioneras donde las baterías se transportan en los largueros laterales del vehículo retiradas del compartimiento del motor el uso de la temperatura ambiente es aceptable. El módulo 60 de monitoreo de la batería se puede materializar como un programa que corre en una computadora de la carrocería. A través de tal implementación la salida del programa de monitoreo se puede reportar a cualquiera de un grupo 62 de sistemas de interfaz que incluyen una pantalla, un grupo de indicadores, un panel de instrumentos del conductor; un sistema telemático; una pantalla inteligente; o una herramienta de servicio del empleado. Los datos reportados incluyen el estado de carga de la batería (SOC) , el estado de recuperación de la batería (SOR) y los amperios medidos. El SOC y el SOR se definen más completamente aquí . La Fig . 2 ilustra un arreglo de baterías 21 y la manera de conexión de las baterías al sistema 30 de arranque para un motor 46 instalado en el vehículo 11. Las baterías 21 se conectan en paralelo para suministrar una capacidad alta de amperios/hora al sistema 30 de arranque del vehículo durante el arranque. Un cable 26 de terminal negativa de la batería se conecta desde una terminal negativa de una de las baterías 21 a una terminal de un motor 31 de arranque, ambos de los cuales se conectan a la carrocería del vehículo, la cual sirve como una tierra flotante en una manera convencional. Un cable 28 de terminal positiva de la batería se conecta entre una terminal positiva de la misma batería 21 a una terminal de entrada e un componente 33 del sistema de arranque. Los cables, 26 y 28, de terminales son usualmente cables OOOOAWG de longitud conocida, y de resistencia determinada fácilmente (usualmente como una función de la temperatura) . Dos cables, 32 y 34, de instrumentación también se ilustran corriendo desde las terminales separadas en la batería 21 a ubicaciones adyacentes al motor 46. El cable 34 de instrumentación se conecta a la tierra de la carrocería y el cable 32 a una caja 35 de conexión . La FIG. 3 ilustra esquemáticamente el control electrónico de un vehículo 11, basado en una red y un controlador 24 del sistema eléctrico global (ESC) . El ESC 24 se comunica con varios controladores autónomos a través de un enlace 18 de datos SAE J1939, que incluye un grupo 14 de indicadores, un controlador 16 de transmisión, un controlador 22 del sistema de frenos antibloqueo y un controlador 20 del motor. Cada uno de estos controladores autónomos locales a su vez recibe datos directamente de los interruptores y los detectores, al igual que el ESC 24 los recibe del banco 48 de interruptores y la sección 50 de entradas discretas. Las entradas discretas pueden incluir la posición del interruptor de la llave de ignición y la posición del botón de arranque. Cada controlador local puede proporcionar señales de control o de información a los componentes controlables discretamente, locales, como el ESC 24 los hace con la sección 52 de salidas discretas . El controlador 20 del motor se usa comúnmente para monitorear un número de detectores operacionales en un vehículo 11 a causa de la necesidad inmediata del controlador del motor para tales mediciones para controlar el flujo de combustible al motor 46. Algunas de estas mediciones se relacionan con el algoritmo de monitoreo de la batería de la invención. El controlador 20 del motor se ilustra como conectado para recibir las mediciones desde un detector 40 de voltaje de la batería, un detector 42 de corriente de la batería, y un detector 44 de la temperatura ambiental. El detector 40 de voltaje de la batería y el detector 42 de corriente de la batería se conectan a las terminales de una batería 21 para proporcionar lecturas de salida eléctrica relativas al desempeño de la batería. Alternativamente, los detectores, 40 y 42, de voltaje y corriente de la batería se pueden conectar al ESC 24, o se pueden comunicar con el ESC 24 a través de una conexión 18 de datos. La medición del voltaje de la batería requiere una conexión a través de las terminales positiva (o de tierra 41 de la carrocería) y positiva de la batería 21. La medición de la corriente se hace por la medición de la caída de voltaje lo largo de la longitud del cable de terminal negativa de la batería, la resistencia de la cual se representa por un resistor 37 conectado entre la terminal negativa de la batería 21 y la tierra 41 de la carrocería. La resistencia del cable 26 de la terminal negativa es una fracción de un ohmio y por lo tanto una fracción de la resistencia interna (IR) de la batería 21 y el efecto de la resistencia de los cables de las terminales de la batería puede ser ignorado en la medición de la diferencia de voltaje entre las terminales de la batería. La temperatura ambiente del detector 44 se toma en representación para la temperatura interna de la batería, aunque aquellas personas experimentadas en la técnica comprenderán que se preferiría una medición directa de la temperatura de la batería. El sistema eléctrico del vehículo incluye otros componentes usados para practicar la presente invención. Un controlador 14 del grupo de indicadores se usa para controlar el despliegue de los datos relativos a la condición de la batería 21.

También bajo el control del controlador del motor se encuentra un sistema 30 de arranque, el cual se usa para arrancar el motor 46 y por lo tanto impone una prueba de carga sobre la batería 21. Los motores de diesel usados comúnmente en los camiones por lo general requieren substancialmente más arranque y absorben un mayor corriente durante el arranque que los motores de combustión interna alimentados con gasolina. Esto se debe a una carencia de una fuente de chispas y la dependencia en la ignición inducida por compresión la cual ocurre a razones de compresión substancialmente mayores. La mayor compresión impone una mayor carga sobre los motores de arranque que la impuesta los motores de gasolina. Se ha encontrado por los presentes inventores que los motores de diesel imponen suficiente carga, por una duración suficientemente extensa, para permitir el uso de una prueba de carga, a diferencia de las condiciones asociadas con los motores a gasolina. Con un motor de diesel uno puede asegurar al menos 3 a 5 segundos de tiempo de arranque antes que un motor comience a generar energía de la ignición parcial. Asegurando alguna constancia de las condiciones para llevar a cabo la prueba. Se puede usar un sistema 30 de arranque el cual fuerce el arranque por un periodo de tiempo predeterminado una vez que se ha recibido la orden de arranque de un operador humado ya sea girando la llave de ignición a la posición de arranque o por la presión de un botón de arranque. El sistema 30 de arranque puede ser automatizado, sin embargo, si es así, se proporciona un seguro con llave en un perfil de mantenimiento del camión. La Fig. 4 es una representación de alto nivel de un modelo 400 de batería generalizado para aplicarlo a varias técnicas de modelación, incluyendo el adoptado en la presente invención. El modelo 400 de batería representa el potencial de energía de una batería cuando se mantiene en cada uno de los varios depósitos, 402, 404, 406 y 408. El deposito primario representa la energía disponible "actualmente" para los sistemas del vehículo, en efecto, el cambio a "corto plazo" o "primario" . La energía almacenada en el depósito 402 primario se toma para ser el estado de carga primario (PSOC) . No toda la energía está disponible inmediatamente. Los depósitos, 404, 406, y 408, secundarios restantes representan la energía disponible después de un retardo de tiempo o a una tasa de suministro reducida. En algún sentido esto se puede tomar como correspondiente a la realidad física de la batería aunque los depósitos no corresponden literalmente a ningún mecanismo físico o químico de la batería (por ejemplo, un depósito secundario se puede relacionar principalmente con el retardo de tiempo que ocurre cuando el electrolito agotado localmente se recarga, o el electrolito fresco circula en contacto con las placas electrodos expuestas) . Aunque los depósitos se representan como conectados en serie es posible que también se pueda usar una mezcla de conexiones en serie y en paralelo con diferentes tasas de flujo permitidas. El estado de carga total (TSOC) de la batería es una acumulación del PSOC y el SSOC. La Fig. 5 es una ilustración del diagrama de bloques del programa 500 de monitoreo de la batería de la invención. El programa 500 de monitoreo de la batería tiene cuatro secciones principales que incluyen: (1) un módulo 504 de cálculo del flujo de energía; un cálculo 512 del voltaje de salida del modelo de batería; un módulo 522 de cálculo de la capacidad de la batería; y un módulo 530 de cálculo de la falla de la batería. La sección 504 de Cálculo del flujo de Energía es el modelo básico, y genera estimados del estado de carga y el estado de recuperación de la batería. El Estado de Carga Primario y la corriente de la batería se usan en la sección 512 de "Cálculo del Voltaje de Salida del Modelo de Batería" para generar un voltaje pronosticado de la batería. Esta sección usa las tablas derivadas empíricamente para manejar las características no lineales en el modelo. Idealmente este voltaje igualará al voltaje medido de la batería. Una incongruencia indica que los parámetros en el modelo no igualan a aquellos de las baterías del vehículo. El Voltaje de Salida Pronosticado (POV) del Cálculo 512 del Voltaje de Salida del Modelo de Batería se suministra a un comparador 513 para la comparación con el voltaje medido de la batería 21 (el Voltaje de Salida Objetivo (TOV) y la generación de una corriente de error. Esta corriente de error se usa para sincronizar el estado de carga del modelo con el de la batería objetivo por su uso para ajustar la señal de medición de la corriente de a batería aplicada al cálculo del flujo de energía. La sección 522 de Capacidad de la Batería calibra la capacidad de energía del modelo con la capacidad de la batería 21 objetivo. La sección 530 de cálculo de falla de la batería determina las fallas de la batería 21 en diferentes maneras. Primero, como los varios parámetros del modelo se sincronizan con los de la batería objetivo (SOC, CCA, RC) , estos parámetros se pueden comparar con los límites de operación normales. Si un parámetro excede un límite, se declara una falla de la batería. La corriente de error también se monitorea. Si esta corriente excede un límite predefinido durante un tiempo prolongado, esto es una indicación de una condición de falla (es decir, una celda de batería en coto circuito) . La batería 21 se ilustra como conectada a las cargas 502 de soporte del vehículo. Los detectores que incluyen un detector 40 de voltaje, un detector 44 de temperatura y un detector 42 de corriente se asocian con la batería 21 para suministrar los datos al programa 500 de monitoreo. El programa 500 de monitoreo representa un modelo de la batería 21 en el cual la energía fluye entre los depósitos a través del tiempos. El modelo se implementa principalmente a través de un "Cálculo de Flujo de Energía" 500 el cual usa los integradores 506 y 508 para emular el almacenamiento de energía. El propósito del cálculo 500 de flujo de energía es estimar la condición de la batería, lo cual tiene tres componentes. El Estado de Carga Primario (PSOC) , el (los) Estado (s) de Carga Secundario (s) (SSOC), y el Estado de Recuperación (SOR) . El bloque marcado "Integradores Secundarios" 508 puede representar varios integradores. El PSOC y el SSOC ya se han definido. El SOR representa el grado al cual una batería ha regresado a una condición de equilibrio. Un SOR alto refleja todos los integradores que tienen aproximadamente el mismo SOC (normalizado) . Un SOR bajo indica que el SOC para un integrador es muy diferente del de otro. El cálculo 504 de flujo de energía usa las tres entradas primarias, el voltaje, la corriente y la temperatura de la batería. La temperatura determina las ganancias usadas con los cálculos de flujo de energía entre los depósitos de energía. El flujo de energía neto adentro y afuera de la batería 21 viene de ajustar la corriente de la batería por una señal de error a través de un amplificador 513 de ganancia de error. La señal de error aplicada al amplificador 513 se genera del voltaje pronosticado proporcionado por un cálculo 512 del voltaje de salida del modelo de batería. La otra entrada al amplificador 513 es el voltaje de la batería, medido actualmente. Esta corriente de error del amplificador 513 se aplica a un acoplador 510 de suma con la corriente medida de la batería y se suministra directamente al integrador 506 primario como la corriente ajustada de la batería. Se puede observar que la salida del integrador primario desde el sumador 510 puede ser positiva o negativa dependiendo de si la energía está siendo extraída de la batería o no . El PSOC y el SSOC se pueden sumar para generar un estado de carga total (TSOC) . Las salidas, PSOC, SSOC, TSOC y SOR se suministran al módulo 512 para predecir el voltaje de salida de la batería y se hacen disponibles para el despliegue. 2. Flujo de Energía y Cálculos La Fig. 6 ilustra con más detalle la operación del Cálculo 504 de Flujo de energía. Se estableció previamente que la energía almacenada en una batería se modela como depósitos de energía. Cada uno de estos depósitos puede ser representado matemáticamente como la carga total que iguala la integral de la corriente con respecto al tiempo. Es útil normalizar esta relación de manera tal que un resultado de "uno" iguale a la capacidad de almacenamiento máxima de un depósito. Esto también representa un Estado de Carga del 100% para ese depósito. En el modelo de la presente invención, los depósitos se marcan como integradores de almacenamiento. Las salidas de cualquier integrador de almacenamiento se normalizan y por lo tanto constituyen un número entre 0 (SOC de 0%) y 1 (SOC de 100%) . Estos integradores se pueden poner juntos ahora en una manera que represente los varios depósitos de cada celda de la batería y el movimiento de la energía entre los depósitos. El Estado de Carga Primario y la corriente de la batería se usan en la sección de "Cálculo del Voltaje de Salida del Modelo de Batería" para generar un voltaje pronosticado de la batería. Esta sección usa las tablas derivadas empíricamente para manejar las características no lineales en el modelo. Idealmente, este voltaje igualará al voltaje medido de la batería. Una incongruencia indica que los parámetros en el modelo no igualan a aquellos de las baterías del vehículo. El valor de 1/q proporcionada por cada integrador es el valor normalizado de la capacidad (q) de cada integrador respectivo suministrada por la sección 522 de cálculo de la capacidad de la batería. Se ilustra un modelo que incorpora un integrador 604 primario y dos integradores, 606, 608, secundarios, sin embargo, es posible un número mayor o menor de integradores secundarios con dos que se seleccionan simplemente para propósitos ilustrativos. Aumentar el número de integradores aumentará la exactitud del modelo. La salida de un integrador 604 de ' almacenamiento primario se controla por la energía derivada de la corriente ajustada de la batería y la energía del primer integrador 606 de almacenamiento secundario. La salida del integrador primario (normalizado) es el Estado de Carga Primario (PSOC) y se hace disponible al exterior del módulo 504. Un primer integrador secundario se controla por la energía derivada del integrador primario y un segundo integrador 608 secundario. A través de un sumador 624 la salida del primer integrador 606 secundario y del segundo integrador 608 secundario se hace disponible al exterior del módulo 504 como el SSOC. Los estados de carga secundarios (SSOC1, SSOC2) de los integradores, 606, 608, también se pueden hacer disponibles dependiendo de los requerimientos de una aplicación dada. La cantidad de energía que fluye entre los integradores se determina aplicando una ganancia a la diferencia de las salidas. Esta ganancia se convierte en los Coeficientes de Flujo de Energía (eflow) los cuales se suministran a los amplificadores 612 y 620 para determinar la velocidad del flujo de energía entre los integradores. Los coeficientes de flujo de energía se determinan empíricamente y se compensan por temperatura usando la medición de la temperatura ambiente del detector 44 de temperatura. Es evidente que cuando la corriente de la batería es igual a cero, las salidas de los integradores se mueven hacia el equilibrio (y puesto que las salidas se normalizan, también a la igualdad) cuando el flujo de energía entre los integradores cae a cero. En la sección 504 de Cálculo del Flujo de Energía, la corriente de la batería se suma con la salida del amplificador 612 (que representa el flujo de energía desde o hacia el integrador 606 de almacenamiento secundario) para proporcionar una entrada del flujo de energía del sistema al integrador 604 de almacenamiento primario. La salida del integrador 604 de almacenamiento primario es el PSOC . La diferencia entre el PSOC y el estado de carga del primer integrador 606 de almacenamiento secundario (SS0C1) se determina por el sumador 610 (con el PSOC restado del SSOC1) y se alimenta al amplificador 612. La salida del amplificador 612 también se conecta con un invertidor 614 y la salida del invertidor se acopla con el primer integrador 606 de almacenamiento secundario. Por lo tanto, el flujo de carga desde in integrador secundario a un integrador de almacenamiento de etapa superior o el integrador de almacenamiento de energía primario se iguala por la adición de su negativo a la fuente. Si la corriente de la batería refleja la carga, la carga fluirá eventualmente desde el integrador 604 de almacenamiento primario al primer integrador 606 de almacenamiento secundario (es decir, la salida negativa del amplificador 612 se invierte y se acumula por el integrador 606 de almacenamiento secundario hasta que el estado de carga del integrador 606 de almacenamiento secundario se iguala con el del integrador 604 de almacenamiento primario. Si la corriente de la batería refleja la descarga de la batería 21 el integrador 604 de almacenamiento primario se drenará y la energía comenzará a fluir desde el integrador 606 de almacenamiento secundario al integrador 604 de almacenamiento primario. El segundo integrador 608 de almacenamiento secundario tiene una relación con el primer integrador 606 de almacenamiento secundario que es esencialmente la misma que la relación del primer integrador d almacenamiento secundario con el integrador 604 de almacenamiento primario. El sumador 618 proporciona una señal de diferencia al restar el estado de carga del primer integrador 606 secundario del estado de carga del segundo integrador 608 secundario. El valor resultante se aplica al amplificador 620, la ganancia del cual se controla por un coeficiente de flujo de energía eflujo2. Cuando el estado de carga del in 608 excede al del integrador 606 la energía se indica fluyendo desde el integrador 608 al integrador 606 y su inversa (a través del invertidor 622) se agrega al integrador 608. Cuando el estado de carga del integrador 608 es menor que la del integrador 606 el flujo de energía se invierte. El coeficiente de ganancia eflujo para integrador se determina independientemente. El estado de carga secundario (SS0C1, SS0C2) se puede suministrar desde cada uno de los integradores , 606, 608, de almacenamiento secundarios, individualmente, o este se puede acumular y renormalizar (sumador 624 y cálculo 625 de normalización) para proporcionar un estado de carga secundario acumulado (SSOC) . La gráfica en la Fig. 7 muestra el Estado de Carga para un modelo con cuatro integradores . Al inicio de esta simulación, todos los integradores se fijan a un estado de carga de 90% (arbitrariamente) , después se aplica una descarga de 15 amperios. Inicialmente el PSOC del integrador primario cae rápidamente, pero pronto la energía comienza a ser transferida desde los integradores secundarios corriente arriba del primario en una secuencia similar a cascada, y la declinación de cada integrador se vuelve paralela con el depósito más profundo que retiene un estado de carga ligeramente mayor que cada depósito sucesivamente menos profundo hasta que se alcanza el integrador primario. La Fig. 8 expande el modelo de la Fig. 6 para proporcionar un estado de carga total (TSOC) y el estado de Recuperación. Esto también indica el uso hecho de la señal de error. Por simplicidad se presenta un modelo de dos integradores . La mayor parte del modelo es lo mismo que el de la Fig. 6 excepto que una señal de error se resta de la entrada al integrador 604 de almacenamiento primario y se calculan las señales de salida adicionales. La corriente de error se aplica a un sumador 802 modificado para la entrada al integrador 604 primario. La corriente de error se genera a partir del voltaje medido de la batería 21 y el voltaje pronosticado de la batería, el cual se calcula en la sección 512 de cálculo del voltaje de salida del modelo de batería. La señal de error se genera aplicando una ganancia a la diferencia del Voltaje de Salida Pronosticado (POV) y el voltaje medido de la batería (El Voltaje de Salida Objetivo (TOV) ) . Su uso es sincronizar el Estado de Carga del modelo con el comportamiento observado de la batería. Por ejemplo, si la batería objetivo se descarga (por ejemplo SOC = 40%) y su voltaje terminal es de 11.7v, pero los algoritmos del modelo se reinician a un SOC de 100% con un Voltaje de Salida Pronosticado de 12.7, la diferencia entre el pronosticado y el actual es de l.Ov. Si la ganancia de error es 20, una corriente igual a 20 amperios se inyectaría al integrador primario, con el efecto de bajar el SOC del modelo. La corriente de error seguiría fluyendo hasta que se igualen los voltajes del modelo y el objetivo.

El Estado de Carga total del moldeo se deriva por escalamiento (ponderación) 822, 820 y combinando el SSOC de todos los integradores . Los f ctores de escalamiento se calculan dividiendo la capacidad (q) de cada integrador por la capacidad total de la batería. Ya que el modelo se sincroniza con el objetivo, el SOC del modelo puede ser igualado con el SOC de la batería objetivo. El algoritmo extrae otro parámetro del modelo, llamado Estado de Recuperación (SOR) . Como se puede observar del modelo, este valor resulta del valor 818 absoluto de la diferencia en las salidas de los integradores, 604, 612. Si los integradores se igualan (una diferencia de cero) , el SOR es igual al 100% (totalmente recuperada) . Un SOR de 0% se produce cuando uno de los integradores está cargado completamente, y un está descargado completamente. En términos prácticos, un SOR bajo resultaría durante periodos de alta descarga de la batería, típicamente cuando el integrador 604 de almacenamiento primario se descarga pero el integrador 606 de almacenamiento secundario no. El SOR puede ser un parámetro valioso ya que el voltaje de salida de la batería se controla solamente por el cambio en el integrador primario. El SOR proporciona una indicación del estado de agotamiento relativo del integrador primario cuando se compara con el resto de la batería. Permitir que la batería repose restablece la carga en el integrador primario. 3. Cálculo del Voltaje de Salida Pronosticado Refiriéndonos a la Fig. 9 se ilustra la operación del cálculo 512 del voltaje de salida del modelo de batería. La salida de esta sección es el Voltaje de Salida Pronosticado (POV) el cual es el voltaje que el modelo determina que existiría en las terminales de salida de la batería objetivo. El POV se usa para generar una corriente de error la cual se usa para sincronizar el modelo con la batería 21 objetivo y para diagnosticar las fallas en la sección 530 de cálculo de fallas de la batería. El voltaje pronosticado se determina principalmente a partir del cálculo del PSOC suministrado por el integrador 604 primario, la corriente medida de la batería, y el factor de polarización. Como el factor de polarización, la resistencia de la fuente y el voltaje pronosticado sin carga como una función del estado de carga primario son no lineales, el modelo usa las tablas de consulta derivadas empíricamente en este punto. La tabla de resistencias de la fuente se divide en dos sub-tablas. Una se selecciona cuando la batería se carga, la segunda se selecciona cuando está se descarga . El PSOC proporciona el argumento aplicado tanto a la tabla 904 de consulta de resistencias de la fuente (junto con la temperatura) y en la tabla 906 de consulta de voltajes sin carga. El resultado regresado de la tabla de consulta de voltajes sin carga se aplica directamente al sumador 912. El resultado regresado desde la tabla 904 de consulta de resistencias de la fuente se aplica al multiplicador 908 donde esta se multiplica con la inversa de la capacidad de arranque en frío evaluada por el fabricante, de la batería 21 objetivo. Este resultado se aplica a su vez a un segundo multiplicador 910 donde este se multiplica con la corriente medida de la batería. La corriente medida de la batería 21 también proporciona el argumento en una tabla 902 de consulta de voltajes de polarización. El valor regresado de la LUT 902 y la salida del multiplicador 910 se aplican ambos al sumador 912 para proporcionar un voltaje de salida pronosticado (POV) . Dos ejemplos de tablas, 904, 906, de consulta se dan en la Fig. 10. la "Tabla de Consulta de Resistencias de la Fuente" da los valores de resistencia normalizados para varios SOC a una temperatura dada. Los valores en esta tabla se normalizan al tamaño evaluado de la batería. Por ejemplo, el valor de la resistencia de la tabla a un estado de carga del 100% es de 4.87. La resistencia actual esperada para una batería de 650 CCA es por lo tanto 4.48/650= .0069 ohmios. La tabla de Voltaje de Circuito Abierto proporciona el voltaje esperado en las terminales de la batería objetivo cuando la corriente en las terminales de la batería es igual a cero. Nótese que esta tabla (junto con las otras) usa el SOC del integrador primario (a diferencia del SOC combinado) . Esto tiene el efecto de permitir voltajes transitorios y la recuperación de la batería. La Fig. 11 es una gráfica que muestra la relación de la resistencia de la fuente y el SOC con el Voltaje de Salida Pronosticado. El ejemplo inicial con la batería en reposo y un Estado de Carga del 90%. En reposo, de 0 segundos a aproximadamente 200 segundos transcurridos, el voltaje de salida iguala al voltaje derivado de la "Tabla de Consulta de Circuito Abierto" . Una carga de 15 amperios se aplica a los 200 seg. El POV cae rápidamente desde aproximadamente 12.6 voltios a aproximadamente 12.2 voltios. Esta caída de aproximadamente 0.4 voltios tiene tres componentes. La caída resistiva debida a la aplicación de la carga de 15 amperios (aproximadamente 0.1 voltio), la caída de voltaje de Polarización (aproximadamente 0.2 voltios), y una caída debida a una pérdida pequeña pero rápida de la carga en el integrador primario (de 90% a 85% de SOC) . Después de esto, de 200 seg. A 10,000 seg., la caída en el voltaje es gradual, y refleja la pérdida de carga en el integrador primario. La FIG. 12 muestra el efecto de recuperación del integrador primario y el Voltaje de Salida Pronosticado resultante. En este ejemplo se aplica una carga de 10 amperios a 100 segundos y se remueve a los 1950 segundos. Cuando se aplica la carga, la carga en el integrador primario cae rápidamente por debajo de la del integrador secundario, y sigue por debajo el tiempo completo que la carga está presente. Pero cuando se retira la carga, la energía que fluye desde el secundario, hace que aumente su nivel de carga. Esto resulta en el aumento gradual del POV iniciando a 2,000 seg. El ejemplo también muestra la respuesta de una batería real para esta carga. Se observa que el POV sigue de cerca el de la batería 21 objetivo. El supervisor de batería calcula la capacidad de la batería y utiliza este parámetro en el modelo. La capacidad de la batería objetivo se sincroniza con el modelo a través de la Sección 522 de Capacidad del supervisor 504. Durante estos cálculos, la CCA se relaciona con el tamaño del integrador primario y la resistencia de la fuente de la batería. La capacidad de reserva se relaciona con el tamaño combinado de los integradores primario y secundario. Los tamaños de los integradores primario y secundario se determinan de maneras similares. El integrador primario, sin embargo, se ajusta durante los tiempos de alta descarga, por ejemplo, >200 amperios, y los integradores secundarios se ajustan durante los periodos más largos de baja descarga, por ejemplo, <50 amperios. Una velocidad de descarga alta sirve al propósito de aislar el integrador primario del secundario ya que las constantes de tiempo del flujo de energía son largas en comparación con una descarga rápida. Una velocidad de descarga baja permite que todos los integradores se igualen con un desbalance pequeño. Ambos ajustes comparan la pendiente promedio del Voltaje de Salida Pronosticado con la del Voltaje de Salida Objetivo. La capacidad se ajusta gradualmente dependiendo de esta comparación. La Fig. 13, por ejemplo, muestra un POV con una pendiente mayor que el TOV. Esto causaría que la capacidad de los integradores sea incrementada . Las capacidades del integrador se estiman para el modelo, siendo derivadas inicialmente de las especificaciones del fabricante de la capacidad de reserva de la batería. La evaluación de la RC de la batería objetivo se deriva por la siguiente ecuación: RC = ( (Capacidad/60/25) *Factor de reducción Dividir la Capacidad entre 60 convierte amperes por segundo a amperes por minuto. Dividir entre 25 refleja la velocidad de descarga de 25 amperios de la especificación SAE. El factor de reducción es un número derivado empíricamente de aproximadamente 0.8. Este se requiere porque a una velocidad de descarga de 25 amperios, sólo 80% de la energía en la batería se puede extraer antes que su voltaje caída por debajo de 10.5 voltios. Refiriéndonos a la Fig. 14 se ilustra un algoritmo para calcular la capacidad de los integradores primario y secundario en términos de amperes segundos (coulombs) . El algoritmo 1400 inicia en el paso 1402. En el paso 1404 se inicializa la capacidad (q o CAP) . La capacidad del integrador primario (CAP_P) y el integrador secundario (CAP_S) se proporcionan por el usuario. Enseguida, en el paso 1408 se lee la corriente de la batería. En el paso 1408 se determina si la batería se está descargando, permitiendo que se hagan los ajustes de la capacidad. Si no el programa hace un bucle hasta que ocurre la descarga. Una vez que se ha detectado la descarga, la ejecución avanza al paso 1410. En el paso 1412 el voltaje de la batería 21 (TOV) y el voltaje de salida pronosticado (POV) se leen y se almacenan como P0V1 y TOV1. Después de un retardo (paso 1412) se recolectan nuevos valores (POV2 y TOV2) para el paso de cálculo 1416 de la diferencia, el cual produce el valor VDIFF. En el paso 1418 la velocidad de descarga se caracteriza como alta o no. Si la velocidad de descarga es alta la capacidad q del integrador primario se ajusta (paso 1422) . Si la velocidad de descarga no es alta la capacidad q del (de los) integrador (es) secundario (s) se ajusta (paso 1420) y el procesamiento se regresa al paso 1404.

Refiriéndonos a la Fig. 15, se ilustra la sección 522 para generar una capacidad de arranque en frío pronosticada de la batería 21 objetivo. Las entradas de la rutina son el voltaje medido de la batería 21 (TOV) , el voltaje se salida pronosticado (POV) y la corriente medida de la batería. Inicialmente en el paso 1502, el índice de amperaje de arranque en frío (CCA) suministrado por el usuario se toma como un punto inicial. Para iniciar el ajuste de la capacidad de la batería evaluada, la corriente de la batería se lee en el paso 1504. Si la velocidad de descarga es baja como se determina en el paso 1506 no se puede hacer nada y la ejecución regresa al paso 1504. El ajuste de la capacidad de arranque en frío requiere que se tomen mediciones durante los periodos de alta descarga, típicamente durante el arranque del motor. Una vez que la velocidad de descarga excede un nivel umbral, la ejecución avanza al paso 1508 para leer y almacenar los valores pronosticado y medido para el voltaje de la batería (POV y TOV) . El índice de CCA de la batería objetivo se calcula comparando el Voltaje de Salida Pronosticado con el Voltaje de Salida Objetivo en un punto en el tiempo durante el periodo de alta descarga, el cual en efecto compara la resistencia instantánea de la fuente del modelo con la objetivo. Esta comparación asume que el estado de carga del modelo se sincroniza con el objetivo. El paso 1512 refleja el ajuste de la capacidad estimada de la batería ajustando el valor suministrado por el producto de la diferencia en las mediciones por un factor derivado empíricamente. La Fig. 16 muestra un caso de prueba real en el cual el supervisor de baterías se ejercitó en un vehículo por 8 horas. Durante este tiempo, las baterías del vehículo se ejercitaron a través de dos ciclos de carga y tres de descarga. Esta prueba se llevó a cabo para determinar si el monitor podría sincronizarse con el índice de capacidad de reserva de las baterías, los cuales se midieron por separado a 170 minutos. El índice de RC del monitor se estableció inicialmente en 255. La gráfica del fondo muestra el supervisor que ajusta el índice de RC durante cada ciclo de descarga. En el tercer ciclo de descarga el valor está dentro del 30% del límite de error requerido por la prueba. Ya que el supervisor de baterías contiene un modelo matemático de una batería, este emula la respuesta de un dispositivo funcional sin fallas. Como se menciona previamente, esta respuesta se compara con la respuesta de la batería objetivo. Las diferencias en la respuesta indican que los parámetros de la batería no igualan los parámetros del modelo. Se esperan diferencias pequeñas y resultan del hecho de que el modelo nunca puede emular completamente el dispositivo real y por lo tanto se considera un error de modelado. Las diferencias grandes o las diferencias que tienden en una dirección indican la degradación de la batería o una falla repentina de la batería. La sección 530 de Cálculo de Fallas de la Batería monitorea estas condiciones y hace decisiones relativas a las fallas de la batería. Típicamente estas condiciones se determinan confiriendo un límite a los parámetros para los valores ya calculados en el modelo. Estos parámetros son la capacidad de la batería (CCA, RC) y el Estado de Carga. Otra falla que puede ser detectada es una celda de la batería en corto circuito. Esta condición resultará en una corriente de error anormalmente alta en el modelo. Aunque la invención se muestra sólo en dos de sus formas, esta no se limita de esa manera sino que es susceptible a varios cambios y modificaciones sin apartarse del espíritu y el ámbito de la invención.

Claims

REIVINDICACIONES 1. Un sistema para modelar una batería objetivo instalada en un vehículo de motor, caracterizado porque comprende : un detector de voltaje conectado para proporcionar mediciones del voltaje a través de las terminales de la batería objetivo; un detector de corriente acoplado para proporcionar mediciones de la corriente de la batería a través de la batería objetivo; un detector de temperatura que proporciona una medición de una temperatura que se espera corresponda con la temperatura de la batería; y una computadora de la carrocería del vehículo conectada para recibir las mediciones de temperatura, corriente y voltaje y que tiene almacenado un programa que implementa un modelo de flujo de energía de la batería objetivo, el módulo de flujo de energía que tiene al menos dos depósitos de almacenamiento de energía que incluyen un integrador de almacenamiento de energía primario y al menos un primer integrador de almacenamiento de energía secundario, el programa almacenado que responde a la ejecución por la computadora de la carrocería del vehículo para usar las mediciones para ajustar las capacidades del primario y al menos un primer integrador de almacenamiento de energía secundario, para determinar el estado de carga del integrador de almacenamiento de energía primario y dicho al menos primer integrador de almacenamiento de energía secundario y predecir el voltaje de salida de la batería objetivo.
2. Un sistema para modelar una batería objetivo como se establece en la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además : un comparador que tiene el voltaje de salida pronosticado y el voltaje medido de la batería como entradas para generar una señal de error relacionada con la diferencia entre las entradas; y un sumador que toma la señal de error y la corriente de la batería como entradas y suministrar una corriente ajustada de la batería como una entrada para el programa almacenado que indica el flujo de energía adentro o afuera de la batería objetivo sincronizando por ello el modelo de flujo de energía con las variable de operación observadas de la batería.
3. Un sistema para modelar una batería objetivo como se establece en la reivindicación 2, caracterizado porque el sistema comprende además : el integrador de almacenamiento de energía primario del modelo de flujo de energía que tiene un bucle de retroalimentación con un primer elemento de ganancia y el primer integrador de almacenamiento de energía secundario que tiene un bucle de retroalimentación con un segundo elementó de ganancia ; las ganancias para el primero y el segundo elementos de ganancia que se establecen independientemente.
4. Un sistema para modelar una batería objetivo como se establece en la reivindicación 3, caracterizado porque el programa almacenado comprende además : un módulo para determinar la capacidad de los integradores de almacenamiento de energía primario y el primero secundario; y un módulo para pronosticar el voltaje de salida de la batería objetivo.
5 . Un sistema para modelar una batería objetivo como se establece en la reivindicación 4, caracterizado porque el programa almacenado comprende además : el integrador de almacenamiento de energía primario y el primer integrador de almacenamiento de energía secundario que proporciona una indicación del estado de carga primario y secundario, respectivamente; y medios para comparar el estado de carga primario y el estado de carga secundario para generar una indicación del estado de recuperación el cual se correlaciona positivamente con una diferencia decreciente entre las indicaciones del estado de carga primario y secundario.
6. Un sistema para modelar una batería objetivo como se establece en la reivindicación 5, caracterizado porque el programa almacenado que comprende además : el módulo para pronosticar el voltaje de salida de la batería objetivo que recibe como entradas la medición de la corriente de la batería, la indicación del estado de carga primario y un valor suministrado de manera externa para los amperajes de arranque en frío de la batería y que incluye una tabla de consulta de voltajes de polarización generada de manera externa la cual toma las medición de la corriente de la batería como un argumento de entrada, una tabla de consulta de resistencia de la fuente la cual toma el estado de carga primario como un argumento de entrada y una tabla de consulta de voltaje sin carga la cual toma el estado de carga primario como un argumento de entrada.
7. Un sistema para modelar una batería objetivo como se establece en la reivindicación 6, caracterizado porque comprende además la batería objetivo que es una batería ácida de plomo .
8. Un sistema para modelar una batería objetivo como se establece en la reivindicación 6, caracterizado porque el programa almacenado comprende además : un módulo de detección de fallas acoplado para recibir la corriente ajustada de la batería, la corriente medida de la batería, el voltaje de salida de la batería objetivo y el voltaje de salida pronosticado como entradas para la comparación con límites para generar una indicación de fallas por la operación fuera de límite.
9. Un sistema de control para un vehículo de motor equipado con una planta de batería eléctrica, caracterizado porque el sistema de control comprende: un detector de voltaje conectado para proporcionar mediciones de voltaje a través de las terminales de la planta de batería eléctrica; un detector de corriente acoplado para proporcionar mediciones de la corriente de la batería a través de la planta de batería eléctrica; un detector de temperatura que proporciona una medición de una temperatura que se espera corresponda a la temperatura de la batería; una computadora de la carrocería del vehículo conectada para recibir las mediciones de la temperatura, corriente y voltaje que tiene un programa almacenado que se implementa para monitorear la condición de la batería; el programa almacenado de energía que proporciona un módulo para un modelo de flujo de energía que tiene al menos un integrador de almacenamiento de energía primario del cual se indica el flujo de energía adentro y afuera de la batería, cuando ocurre a través de un integrador de almacenamiento de energía secundario el cual intercambia energía con el integrador de almacenamiento de energía primario, el programa almacenado que proporciona además un módulo de predicción del voltaje de salida de la planta de batería eléctrica y un módulo para ajustar las capacidades de almacenamiento eléctrico de los integradores de almacenamiento de energía primario y secundario; y el programa almacenado que responde luego de la ejecución por la computadora de la carrocería del vehículo, para usar las mediciones para ajustar las capacidades de los integradores de almacenamiento de energía primario y al menos el primer secundario, para determinar el estado de carga del integrador de almacenamiento de energía primario y el integrador de almacenamiento de energía secundario y para predecir el voltaje de salida de la planta de batería eléctrica .
10. Un sistema de control para un vehículo de control equipado con una planta de batería eléctrica como se establece en la reivindicación 9, caracterizado porque el programa almacenado comprende además : un comparador que toma el voltaje de salida pronosticado y la medición del voltaje de la planta de batería eléctrica como entradas para generar una señal de error relacionada con la diferencia entre la entradas; y un sumador que toma la señal de error y la corriente de la batería como entradas y que suministra una corriente ajustada de la batería como una entrada al módulo para modelar el flujo de energía de la planta de batería eléctrica.
11. Un sistema de control para un vehículo de motor equipado con una planta de batería eléctrica como se establece en la reivindicación 10, caracterizado porque el programa almacenado comprende además : el integrador de almacenamiento de energía primario del modelo de flujo de energía que tiene un bucle de retroalimentación con un primer elemento de ganancia y el primer integrador de almacenamiento de en secundario que tiene un bucle de retroalimentación con un segundo elemento de ganancia ; las ganancias para el primer y el segundo elementos que se suministran de manera externa.
12. Un sistema de control para un vehículo de motor equipado con una planta de batería eléctrica como se establece en la reivindicación 11, caracterizado porque el programa almacenado comprende además : un módulo para determinar la capacidad de los integradores de almacenamiento de energía primario y el primero secundario; y un módulo para predecir el voltaje de salida pronosticado de la planta de batería eléctrica.
13. Un sistema de control para un vehículo de motor equipado con una planta de batería eléctrica como se establece en la reivindicación 12, caracterizado porque el programa almacenado comprende además ; el integrador de almacenamiento de energía primario y el primer integrador de almacenamiento de energía secundario que proporcionan una indicación del estado de carga primaria y secundaria, respectivamente; y medios para comparar el estado de carga primario y el estado de carga secundario para generar un estado o indicación de recuperación el cual se correlaciona positivamente con una diferencia descendente entre las indicaciones del estado de carga primario y secundario.
14. Un sistema de control para un vehículo de control equipado con una planta de batería eléctrica como se establece en la reivindicación 13, caracterizado porque el programa almacenado comprende además : el módulo para predecir el voltaje de salida de la planta de batería eléctrica que recibe como entradas la medición de la corriente de la batería, la indicación del estado de carga primario y un valor suministrado de manera externa para los amperios de arranque en frío de la batería y que incluye una tabla de consulta de voltajes de polarización generada de manera externa la cual toma la medición de la corriente de la batería como un argumento de entrada, una tabla de consulta de resistencia de la fuente a cual toma el estado de carga primario como un argumento de entrada y una tabla de consulta de voltajes sin carga la cual toma el estado de carga primario como un argumento de entrada.
15. Un sistema de control para un vehículo de motor equipado con una planta de batería eléctrica como se establece en la reivindicación 14, caracterizado porque comprende además la planta de batería eléctrica que es una batería de plomo.
16. Un sistema de control para un vehículo de motor equipado con una planta de batería eléctrica como se establece en la reivindicación 14, caracterizado porque el programa almacenado comprende además : un módulo de detección de fallas acoplado para recibir la corriente ajustada de la batería, la corriente medida de la batería, el voltaje de salida de la planta de batería eléctrica y el voltaje de salida pronosticado como entradas para la comparación con los límites para generar una indicación de fallas por la operación fuera de límite.