BRPI0722159A2

BRPI0722159A2 - Método de estimação do estado de carga de uma bateria de chumbo-ácido

Info

Publication number: BRPI0722159A2
Application number: BRPI0722159-2A
Authority: BR
Inventors: Zhivkov Kirchev Angel
Original assignee: Commissariat A L'energie Atomique
Priority date: 2007-10-10
Filing date: 2007-10-10
Publication date: 2014-03-18
Also published as: US7795874B1; AU2007359887A1; US20100213946A1; PL2198474T3; KR101362488B1; EP2198474B1; CN101821896B; JP2011501120A; JP5122651B2; CN101821896A; EP2198474A1; ZA201001947B; AU2007359887B2; KR20100071060A; ES2391992T3; WO2009047581A1

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO DE ESTIMAÇÃO DO ESTADO DE CARGA DE UMA BATERIA DE CHUMBO- ÁCIDO".

Antecedentes da Invenção 5 A presente invenção refere-se a um método de estimação do

estado de carga de uma bateria de chumbo-ácido compreendendo um ele- trodo de referência de junção líquida integrado, o método compreendendo medir a diferença de tensão de circuito aberto entre o eletrodo de referência e um terminal de bateria negativo durante pelo menos um período de inter- rupção.

Estado da Técnica

O estado de carga (SOC) de uma bateria usualmente refere-se à capacidade eletroquímica (em Ah ou em % de uma capacidade de referên- cia) da bateria disponível por uma descarga sob condições predeterminadas 15 no tocante à corrente de descarga, temperatura, limite de tensão, etc. A es- timação e indicação do SOC constituem um requisito importante em cada sistema utilizando armazenamento eletroquímico de energia. O estado de saúde (SOH) de uma bateria refere-se à perda de capacidade irreversível da bateria devido a diferentes fenômenos de degradação. Usualmente é apre- 20 sentado como a relação entre a capacidade plena disponível da bateria e algum valor de referência, por exemplo, a capacidade nominal ou máxima da bateria.

Em uma bateria de chumbo-ácido o valor da concentração do eletrólito varia em uma ampla faixa, de cerca de 20% (em peso) ao término 25 de uma descarga até cerca de 40% (em peso) quando a bateria está plena- mente carregada. A concentração também pode ser expressa em termos de densidade de eletrólito ou densidade relativa. As variações da concentração de eletrólito são principalmente devido à ação do ácido sulfúrico no método de carga/descarga. As equações que se seguem representam as reações 30 químicas, respectivamente nos eletrodos positivo e negativo da bateria du- rante a carga da bateria:

PbO2 + HSO4 + 3H+ + 2e" -► PbSO4 + 2H20 (1) Pb + HSO4 -»· PbSO4 + H++ 2e (2)

As curvas A e B da figura 1 respectivamente ilustram a variação da concentração molar [H2SO4], em mol/l, do eletrólito e a densidade de ele- trólito d, em g/cm3, versus o estado de carga (SOC) da bateria, em %, para 5 uma célula de chumbo ácido 50Ah contendo 765ml de ácido sulfúrico tendo uma densidade de 1,28 g/cm3 no estado completamente carregado. Ambas as curvas são praticamente lineares.

O SOC poderia assim ser estimado pela simples titulação de uma amostra de eletrólito da bateria por medição de densidade usando re- 10 fração óptica ou por intermédio de um sensor de concentração de íons inte- grado na bateria, por exemplo, conforme exposto na Patente US N0 5.288.563. Uma substancial desvantagem da medição direta da concentra- ção é que a concentração é medida apenas localmente. Esta desvantagem é substancial uma vez que a concentração de eletrólito tem classicamente um 15 perfil que é distribuído tanto na direção vertical devido à ação da gravidade causadora da estratificação, como na direção horizontal, mais especifica- mente devido à diferença entre as reações 1 e 2, levar a uma diluição acen- tuadamente mais alta do eletrólito na placa positiva durante a descarga.

A concentração de ácido afeta fortemente alguns parâmetros 20 elétricos da bateria como, por exemplo, a tensão de circuito aberto Vcélula, que também pode ser usada para a estimação do estado de carga de uma bateria. Isto é devido principalmente ao fato de que, sob condições prede- terminadas, a tensão de circuito aberto da bateria de chumbo-ácido está próxima da força eletromotriz E do sistema PBzpbso4ZzH2SO4ZPbSO4ZPbO2.

De acordo com a equação de Nernst:

E = E0 + (RTZ2F)(Em aH20-EmaH o) (3)

na qual:

E0 é o potencial de eletrodo padrão do par de eletrodos R é a constante de gás universal: R=8,314570J.K'1 mol 1,

T é a temperatura em Kelvin,

F é a constante de Faraday, e

aH2so4 e an2o são respectivamente a atividade química de H2SO4 e de H2O.

Todavia, a tensão de circuito aberto Vcélula atinge valores pró- ximos da força eletromotriz da bateria somente após um tempo de relaxação bastante longo após uma carga ou uma descarga. As figuras 2 e 5 mostram 5 a variação verso tempo da tensão de circuito aberto Vcélula de uma célula de bateria de chumbo-ácido, respectivamente ao término da carga e da des- carga.

A tensão de bateria Vcélula corresponde à diferença entre o po- tencial eletroquímico da placa positiva e o potencial eletroquímico da placa 10 negativa. Tensões representativas destes potenciais de circuito aberto po- dem ser medidas separadamente a respeito a um mesmo eletrodo de refe- rência, por exemplo, um eletrodo de referência AgZAG2SO4, como mostrado respectivamente ao término da carga e da descarga, tanto em condições de circuito aberto, nas figuras 3 e 6 para a tensão de placa positiva em circuito 15 aberto V+ e nas figuras 4 e 7 para a tensão de placa negativa em circuito aberto V-. A tensão de placa negativa V- atinge um valor de estado estável muito mais rápido que a tensão de placa positiva V+. tanto após carga (figu- ras 3 e 4) como após descarga (figuras 6 e 7).

Este fato é usado no Pedido de Patente Européia EP-595466 20 para estimação do estado de carga de uma bateria de chumbo-ácido usando a diferença entre um eletrodo adicional PbO2ZPbSO4 ou eletrodo de referên- cia HgZHg2SO4 e a placa negativa. A insatisfatória estabilidade a longo prazo do eletrodo de referencia Pb02/ZPbS04 o torna dificilmente aplicável para uso permanente em células de chumbo, enquanto o eletrodo Hg/Hg2S04 é 25 dispendioso e apresenta riscos ambientais.

Objetivo da Invenção

O objetivo da invenção é superar as deficiências de métodos conhecidos para estimação do estado de carga de uma bateria de chumbo- ácido e, mais especificamente, aumentar a exatidão desta estimação.

De acordo com a invenção, este objetivo é alcançado por um

método de acordo com as reivindicações apensas e, mais especificamente pelo fato de que adicionalmente compreender a determinação do sinal da corrente através da bateria anterior ao desligamento e a estimação do esta- do de carga na base da dita diferença de tensão de circuito aberto e, de a- cordo com o dito sinal algébrico, respectivamente de uma curva de calibra- ção de carga ou descarga, previamente determinada durante um método de calibração.

Descrição Sucinta dos Desenhos

Demais vantagens e aspectos característicos evidenciarão mais facilmente da descrição a seguir de modalidades específicas da invenção apresentadas meramente a título de exemplos não Iimitativos e representa- das nos desenhos apensos, de acordo com os quais:

A figura 1 ilustra de forma esquemática a variação da concentra- ção molar [H2SO4] do eletrólito (curva A) e a densidade de eletrólito d (curva B) versus o estado de carga (SOC) de uma bateria de chumbo-ácido 50Ah conhecida.

As figuras 2 a 4 respectivamente ilustram, contra o tempo, as

variações de tensão de bateria de circuito aberto Vcélula, da tensão de placa positiva V+ e da tensão de placa negativa V- após a carga.

As figuras 5 a 7 respectivamente ilustram, contra o tempo, ten- são de placa positiva V+ e tensão de placa negativa V- após a descarga.

A figura 8 ilustra as variações do potencial de junção calculado

Ej versus SOC da bateria de chumbo-ácido 50Ah acima mencionada.

A figura 9 ilustra versus SOC o valor absoluto |V-| da tensão de placa negativa da bateria de chumbo-ácido sob diferentes condições de car- ga e descarga assim como quatro curvas de calibração (C1, C2, D1, D2) usadas em um método de estimação de acordo com a invenção.

A figura 10 ilustra de forma esquemática um aparelho para a realização do método de acordo com a invenção.

A figura 11 ilustra a variação da perda de água relativa do eletró- lito (curva E) e a densidade relativa G do eletrólito (curva F) versus o poten- ciai de junção teórico Ej da bateria de chumbo-ácido.

Descrição de Modalidades Específicas

O método de estimação de SOC de acordo com a invenção utili- za a correlação existente entre o SOC e a tensão de placa negativa de cir- cuito aberto V-, a diferença de tensão de circuito aberto entre a placa nega- tiva e um eletrodo de referência com junção líquida, por exemplo, um eletro- do de referência AgZAg2SO4, HgZHg2SO4 ou CuZCuSO4.

A tensão de placa negativa V- corresponde à diferença de po-

tencial ΔΕ entre o eletrodo negativo PBZPbSO4 e o eletrodo de referência AgZAg2SO4 ou HgZHg2SO4, dada pela equação

ΔΕ = ΔΕ° + (RTZ2F)(2t+ -1) (Em aHS04-célula-Em aHso4-RE) = ΔΕ° + Ej (4) na qual

t+éo numero de transporte H+

aHso4-ce" e anso4-RE são as atividades químicas de HS04 respec- tivamente na célula de chumbo e no eletrodo de referência,

ΔΕ0 é a diferença entre os potenciais eletroquímicos padrão dos eletrodos negativo e de referência e Ej é o potencial de junção, isto é, o potencial da junção líquida

entre o eletrodo de referência e o eletrólito de bateria.

ΔΕ0 depende somente da temperatura, ao passo que o potencial de junção Ej varia com a diferença de concentração de ambos os lados da junção líquida. Assim o potencial de junção Ej poderia teoricamente ser usa- 20 do como um parâmetro representativo do estado de carga da célula de chumbo, se a densidade de ácido do eletrodo de referência é mantida cons- tante. Embora a equação (4) seja válida somente quando o sistema está em equilíbrio termodinâmico, poderia não obstante ser considerada como uma boa aproximação quando o sistema tiver atingido um estado estável.

Todavia, na pratica, a equação (4) dificilmente é satisfeita mes-

mo após um longo período no estado de circuito aberto e a dependência cal- culada de SOC em função do potencial de junção Ej1 conforme mostrado na figura 8, não pode ser usada como um critério para a estimação do SOC. Isto está potencialmente relacionado ao fato de que três tipos de fenômenos 30 se verificam na placa negativa após o desligamento, quer após uma carga quer após uma descarga. Primeiro, uma autodescarga rápida ou autorrecar- ga da camada dupla eletroquímica, classicamente formada ao nível de ele- trodo durante operação de célula, corresponde a um decaimento de potenci- al rápido inicial (após uma carga) ou elevação (após uma descarga), conec- tado a rápida equalização da concentração de eletrólito nos poros da placa de eletrodo. Então uma mudança muito mais lenta no potencial de circuito 5 aberto é devido à equalização do eletrodo inteiro na célula e finalmente, au- todescarga do eletrodo negativo PbZPSO4 se processa.

Este problema é mostrado na figura 9 ilustrando versus SOC o valor absoluto |V-| da tensão de placa negativa em circuito aberto de uma bateria de chumbo-ácido. Na figura9, pontos quadrados e pontos redondos 10 correspondem a valores de tensão de placa negativa em circuito aberto res- pectivamente medidos após uma descarga e após uma carga da bateria de chumbo-ácido. Os pontos brancos e pretos (quer quadrados quer circulares) correspondem a valores medidos respectivamente 1 h após uma descarga ou de uma carga e 5 min após uma descarga ou uma carga,

Uma histerese permanece mesmo após período de 1 h entre as

curvas correspondentes a valores de tensão de placa negativa em circuito aberto após uma carga (pontos circulares brancos), e após uma descarga (pontos quadrados brancos). Todavia, a pequena diferença remanescente entre os valores correspondentes medidos após 5 min (pontos pretos) e a- 20 pós 1 hora (pontos brancos) mostra que o estado estável já é atingido após 5 min. Assim, este período parece ser suficiente para uma estimativa confiá- vel do estado de carga baseado sobre a tensão de placa negativa. Caso es- te período seja mais curto que 5 min, por exemplo, menos de 1 min confor- me proposto no Pedido de Patente Européia acima mencionado EP-A- 25 595466, a tensão de placa negativa em circuito aberto medida pode diferir substancialmente do valor de estado estável e a estimação de SOC não é confiável.

Como ilustrado na figura 9 pela histerese acima mencionada en- tre valores medidos após uma carga (pontos circulares) e valores medidos após uma descarga (pontos quadrados), uma estimação de SOC confiável, além disso, requer distinguir entre estes dois tipos de valores. Isto é obtido pela determinação do sinal da corrente anterior à sua interrupção, um sinal algébrico positivo sendo representativo de uma carga e um sinal algébrico negativo sendo representativo de uma descarga. A seguir, o SOC pode ser estimado na base da tensão de placa negativa em circuito aberto medida V- e de uma curva de calibração apropriada, previamente determinada durante 5 um procedimento de calibração. Uma curva de calibração de carga é usada para estimação SOC na base da tensão de placa negativa em circuito aberto medida se o sinal da corrente é representativo de uma carga anterior à inter- rupção e uma curva de calibração de descarga é usada se o sinal da corren- te é representativo de uma descarga anterior à interrupção.

De maneira a obter resultados com a exatidão ideal, a calibração

deve teoricamente ser efetuada individualmente para cada tipo, dimensão e construção da célula de chumbo. O procedimento de calibração deve ser, todavia, tão rápido e tão simples quanto possível. Como mostrado nas figu- ras 8 e 9, tanto o potencial de junção Ej como a tensão de placa negativa em 15 circuito aberto V- não são funções lineares do estado de carga SOC da bate- ria, de forma que linhas de calibração retas não devem ser usadas.

A curva representando o potencial de junção Ej versus SOC na figura8 ou respectivamente versus a concentração de eletrólito, efetivamente corresponde a uma função monótona. Pode ser interpolada com uma exce- 20 lente precisão com um polinômio de segunda ordem, isto é, uma parábola. Através de interpolação de acordo com uma representação de série Taylor da função Ej(SOC) em torno do ponto correspondente a SOC = 50% até o segundo grau. É possível, por exemplo, obter a seguinte equação de segun- do grau entre o potencial de junção Ej e o SOC correspondente à figura 8:

Ej = 7.078.10'7 (SOC)2 + 2.38.10 4 (SOC)- 1.738.10'2 (5)

Uma abordagem similar pode ser aplicada em ambas as curvas de calibração de carga e descarga. A figura 9 mostra duas curvas de cali- bração de carga C1 (linha contínua) e C2 (linha pontilhada) e duas curvas de calibração de descarga D1 (linha contínua) e D2 (linha pontilhada). Um par 30 de curvas de calibração de carga C1 e de curva de calibração de descarga D1 foi gerado por um primeiro tipo de procedimento para geração de curvas de calibração, ao passo que o outro par de curvas de calibração de carga C2 e curva de calibração de descarga D2 foi gerado por um segundo tipo de procedimento.

O primeiro e mais exato tipo de procedimento de calibração in- clui todos os pontos experimentais medidos no domínio SOC entre 5% e 5 95% e a correspondente curva de calibração (C1 ou D1) é calculada por re- gressão de quadrados mínimos lineares com polinômio de segunda ordem.

O segundo tipo de procedimento de calibração leva em conta somente três pontos experimentais, respectivamente a baixo, médio e alto valores SOC. Estes três pontos de calibração são efetivamente suficientes para construir um polinômio de interpolação de segunda ordem. Os três va- lores SOC ideais para geração de um polinômio de calibração suficiente- mente exato estão então em estados parciais de carga respectivamente compreendidos entre 5 e 10%, entre 43 e 47% e entre 80 e 85%, O proce- dimento de calibração deve então usar uma bateria de chumbo-ácido bem carregada, que é inicialmente galvanostaticamente totalmente descarregada a 100% de profundidade de descarga, com pelo menos três interrupções de min nos domínios SOC acima mencionados (5 a 10%, 43 a 47% e 80 a 85%), e é então galvanostaticamente carregado com pelo menos três perío- dos de interrupções de 5 min nos mesmos três domínios SOC. A bateria é considerada como plenamente descarregada quando a tensão em circuito aberto medida V- é mais positiva que o valor correspondente a SOC = 0%.

O segundo procedimento de calibração de três pontos rápido oferece uma precisão bastante satisfatória quando comparado ao primeiro procedimento de calibração completo, porém mais lento.

Após a calibração, a estimação de SOC da bateria pode ser ob-

tida na base do seguinte polinômio de calibração representativo da corres- pondente curva de calibração.

SOC = k2(V-)2 + k-i(V-) + k0 (6)

no qual os coeficientes ko, ki e k2 são calculados durante o procedimento de calibração. Estes coeficientes podem vantajosamente ser obtidos quer por regressão de quadrados mínimos linear no primeiro procedimento de cali- bração (com mais de três pontos de calibração para cada curva de calibra- ção) quer pelas seguintes equações no procedimento de calibração de três pontos:

k2-(Scf1+S2fc+S1f2-S2f1-S0f2--S1fo)/(f32f "^0% -f,%) (^)

(8)

ko^S2fo?ft+Sof^#S1fA-Sof^rS2f1%-S1fo%)/(0t+f32+f/fo-f^rfo%-íi%) (9) nos quais So, Si e S2 são os três valores de calibração de SOC, e f01, fi e f2 são os correspondentes valores da tensão de placa negativa em circuito a- berto V-.

Se a precisão do voltímetro usado para a medição da tensão de 10 circuito aberto é de ± 0,1 mV, isto é, na escala de milivolt, então o procedi- mento de calibração de três pontos é recomendado. Pelo contrário, se a pre- cisão do voltímetro é mais alta (por exemplo, ± 0,1 mV) então a calibração poderia vantajosamente ser efetuada com mais de três pontos para obter uma precisão mais alta na estimação de SOC.

Quando os valores k0, ki e k2 estão disponíveis, a inteira corres-

pondente curva de calibração SOC(V-) pode ser gerada numericamente para valores SOC até 100% e baixando até 0% e armazenados em uma memória de um circuito de monitoração de bateria. A estimação do estado de carga da bateria pode então ser efetuada por uma simples comparação entre a 20 tensão de placa negativa em circuito aberto medida V- e a curva de calibra- ção de carga ou descarga digitalizada apropriada.

Como mostrado na figura 9, os valores de tensão de placa nega- tiva em circuito aberto V- variam pelo menos dentro de uma região de 20mV para cada curva de calibração (cerca de 20 mV para as curvas de calibração 25 de carga C1 e C2 e ligeiramente mais de 30 mV para as curvas de calibra- ção de descarga D1 e D2). Assim, quando a medição de tensão de placa negativa é efetuada com uma precisão de ± 0,5mV, a inteira escala de valo- res de SOC consistirá em pelo menos 20 pontos e o erro sobre a estimação SOC será no máximo de aproximadamente 5%.

O procedimento de calibração de preferência compreende a de-

terminação de um par de curvas de calibração (carga e descarga) para cada uma de uma pluralidade em temperaturas ambiente. A estimação do SOC então compreende uma medida da temperatura e a seleção do par de cur- vas de calibração associado à temperatura medida. Um par de curvas de calibração para cada intervalo de 10°C (15± 5°C, 25±5°C, etc.) é suficiente para manter o erro de SOC na faixa de 5%.

Na modalidade específica da figura 10, a bateria de chumbo-

ácido 1 classicamente compreende uma pluralidade de células. O sinal da corrente através da bateria 1 anterior à interrupção é obtido pelo medir o si- nal algébrico da tensão Vr através de uma derivação R ligada em série com o terminal negativo 2 da bateria. O circuito monitor da bateria 3 é conectado 10 a ambos os terminais da derivação R, ao terminal negativo 2 da bateria, ao terminal positivo 4 da bateria e a um eletrodo de referência 5, de preferência integrado na última célula 6, próximo ao terminal negativo 2. O circuito moni- tor de bateria 3 é também de preferência conectado a um link de dados bidi- recional com uma unidade de gerenciamento de bateria 7, conectada ao 15 terminal de bateria positivo 4 e ao terminal negativo 2 através da derivação R.

O circuito de monitoração de bateria 3 mede assim a tensão a- través da derivação R, que é parte da conexão da fonte de alimentação de energia entre o terminal de bateria negativo 2 e a unidade de gerenciamento de bateria 7, e o diferencial de tensão entre o terminal negativo 2 e o eletro- do de referência 5, isto é, a tensão de placa negativa V-.

A conexão do circuito monitor de bateria 3 e da unidade de ge- renciamento de bateria 7 (caso existente) com o terminal de bateria 2, para assegurar fonte de alimentação de energia de circuito 3 e unidade 7. Toda- 25 via, esta conexão com o terminal de bateria positivo é interrompida durante o período de desligamento de 5 min durante o qual o diferencial de tensão de circuito aberto entre o eletrodo de referência 5 e o terminal de bateria negati- vo 2 é medido para estimação de SOC. Assim, pelo menos o circuito monitor de bateria 3 deve também ser alimentado por uma pequena bateria auxiliar 30 (não representada na figura 10), fornecendo, por exemplo, cerca de 100mAh, para assegurar a operação do circuito monitor de bateria durante o período de interrupção de 5 min. Fora deste período de interrupção, a bate- ria auxiliar pode permanecer em um regime flutuante de carga.

Em uma modalidade preferencial o circuito monitor de bateria 3 pode ser inserido no topo da caixa de bateria.

Como descrito acima, o circuito monitor de bateria 3 pode esti- 5 mar o estado de carga da bateria. Em uma modalidade preferencial, o circui- to monitor de bateria pode ainda determinar uma estimação da perda de á- gua da bateria e/ou uma estimação do estado de saúde (SOH) da bateria se a unidade de gerenciamento de bateria correspondente 7 é suscetível de transmitir para o circuito 3 informações representativas do término da carga 10 e do término da descarga. O circuito monitor de bateria 3 então atua como um monitor de estado de bateria completo. Os valores estimados do SOC, SOH e perda de água podem ser exibidos, por exemplo, em três escalas diferentes, que podem ser integradas no circuito monitor de bateria 3 ou na unidade de gerenciamento de bateria 7.

Durante a sobrecarga de uma bateria de chumbo-ácido, a água

é decomposta em hidrogênio e oxigênio. Assim, quando a bateria atinge carga completa após alguns ciclos de carga/descarga, a concentração de eletrólito é mais alta que aquela inicial. Isto conduz a uma tensão de placa negativa em circuito aberto V- mais negativa que a tensão de placa negativa 20 em circuito aberto correspondente a SOC 100% da curva de calibração de carga. A diferença entre os valores absolutos destas tensões é aproximada- mente igual ao potencial de junção Ej na equação (4). Assim, um aumento medido do valor absoluto |V-| da tensão de placa negativa em circuito aberto pode ser convertido em uma perda de água estimada como exposto e exibi- 25 do abaixo.

A curva E da figura 1 representa as variações calculadas da per- da de água relativa WL (em %), isto é, a perda de água normalizada ao peso inicial da água no eletrodo em SOC = 100%, versus o potencial de junção teórico Ej. A curva F da figura 11 representa as variações da densidade rela- 30 tiva G em SOC = 100% versus Ej. Como mostrado na figura 11, um aumento de potencial de junção de 4,5 mV corresponde a uma perda de água de cer- ca de 20%, e a um aumento da densidade relativa de cerca de 1,325. Esta é representativa de um substancial empobrecimento de eletrólito.

Ambas as curvas EeF são quase lineares e têm respectivamen- te um pendente de 4,2% por milivolt e 0,0098 por milivolt. É fácil assim cal- cular a perda de água, quer em termos de perda de água relativa WL, na 5 base de um aumento de 4,2% por milivolt de aumento do potencial de junção de circuito aberto Ej ou no termo de densidade relativa G na base de um aumento de 0,0098 por milivolt do aumento de potencial de junção de circui- to aberto Ej, isto é, de um correspondente aumento da diferença entre os valores absolutos da tensão de placa negativa em circuito aberto medida 10 (|V-|) e da correspondente tensão da curva de calibração de carga represen- tativa de um estado de carga 100%.

O estado de saúde (SOH) de uma bateria pode ser definido co- mo a perda irreversível da capacidade da bateria. Considerando-se as alte- rações na concentração de eletrólito durante o envelhecimento da bateria, existem dois principais mecanismos diferentes de perda de capacidade. O primeiro conduz a uma impossibilidade de carregar a bateria devido à sulfa- ção irreversível, ao passo que o segundo conduz a impossibilidade de des- carregar a bateria, devido ao desenvolvimento de vários fenômenos como perda de atividade do expansor na massa ativa do eletrodo negativo, amole- cimento e desprendimento da massa ativa do eletrodo positivo, corrosão de grade positiva etc.. Para medir o estado de saúde da bateria, o circuito moni- tor da bateria 3 tem de receber da unidade de gerenciamento de bateria as- sociada 7, responsável pela carga e descarga da bateria, sinais ou dados representativos do término da carga e do término da descarga em um perío- do de tempo relativamente breve, isto é, dentro de 1 a 3 dias ou dentro de 1 a 3 ciclos de carga/descarga,

Quando o circuito monitor de bateria 3 recebe da unidade de gerenciamento de bateria 7 a indicação de que a carga está terminada, pas- sa a estimar o estado de carga correspondente, isto é, o estado de carga 30 aparente ao término da carga SOCCh.. Se a bateria está completamente car- regada, este valor deve ser igual a 100%. Porém, se parte do material ativo é sulfatada, a concentração de ácido na célula será demasiadamente baixa e o OSC aprCH será inferior a 100%. O estado de carga aparente ao término da carga pode ser definido como o estado de saúde parcial ao término da carga (PSOHch), representativo da sulfatação da bateria:

PSOHch = SOCappCH (10)

De maneira similar, quando o circuito monitor de bateria 3 rece-

be da unidade de gerenciamento de bateria 7 a indicação de que a descarga está terminada, estima o correspondente estado de carga, isto é, o estado de carga aparente ao término da descarga SOCappdsch. Caso a bateria esteja completamente descarregada este valor deve ser igual a 0%. Se determina- 10 dos fenômenos de degradação limitam o completo descarregamento da ba- teria ao término da descarga, então o SOCappdsch será superior a 0% e este valor ode ser usado para calcular o estado de saúde parcial ao término da descarga (PSIOHdsch)

PSOHdsch = 100 - SOCappdsch (11)

Então o valor do estado de saúde SOH completo pode ser calcu-

lado como segue:

SOH = PSOHch + PSOHdsch - 10O = SOCappch-SOCappdsch (12) Por exemplo, se a bateria tem 10% de perda de capacidade de- vido ao desprendimento de materiais ativos, então PSOHch=COCappch = 90%. Se a bateria ainda tiver 10% da perda de capacidade devido ao vazamento das matérias ativas. SOCapardeso = 10% e, de acordo com a equação (12), o estado de saúde SOH da bateria é de 80%.

Claims

1. Método de estimação do estado de carga de uma bateria de chumbo-ácido (1) compreendendo um eletrodo de referência de junção líqui- da integrado (5), o método compreendendo medir a diferença de tensão em circuito aberto (V-) entre o eletrodo de referência (5) e um terminal negativo de bateria (2) durante pelo menos um período de interrupção, o método ca- racterizado pelo fato de que adicionalmente compreende a determinação do sinal da corrente (1) através da bateria anterior à interrupção e a estimação do estado de carga (SOC) na base da diferença de tensão em circuito aberto (V-) e, de acordo com o dito sinal, respectivamente de uma curva de calibra- ção de carga ou de descarga (C1, C2, D1, D2), previamente determinada durante um procedimento de calibração.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a determinação de sinal compreende medir o sinal da tensão (Vr) através de uma derivação (R) conectada em série ao terminal negativo de bateria (2).

3. Método de acordo com uma das reivindicações 1 e 2, caracte- rizado pelo fato de que o dito período de interrupção tem uma duração de pelo menos 5 min.

4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a3, caracterizado pelo fato do eletrodo de referência é um eletrodo de refe- rência Ag/Ag2S04, HgZHg2SO4 ou um eletrodo de referência Cu/CuS04.

5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a4, caracterizado pelo fato de que o procedimento de calibração compreende a determinação de um par de curvas de calibração de carga e descarga (C, D) para cada uma de uma pluralidade de temperaturas do terminal negativo (2), o método ainda compreendendo medir a temperatura do terminal negati- vo e da estimação ser baseada sobre o par de curvas de calibração de carga e descarga associadas à temperatura medida.

6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a5, caracterizado pelo fato de que o procedimento de calibração compreender pelo menos três pontos de calibração respectivamente a estados de alta, média e baixa parciais de carga e cálculo de coeficientes da curva de cali- bração como um polinômio de segunda ordem.

7. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato dos ditos estados parciais de carga alta, media e baixa respectivamente correspondem a um estado de carga (SOC) compreendido entre 80 e 85%, entre 43 e 47% e entre 5 e 10%.

8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a7, caracterizado pelo fato de adicionalmente compreende a estimação de perda de água (WL) quando o valor absoluto da diferença de tensão de cir- cuito aberto medida (|V-|) exceder o valor absoluto da correspondente dife- rença de tensão da curva de calibração de carga representativa de um esta- do de carga 100%, a dita perda de água sendo uma função da diferença en- tre os ditos valores absolutos.

9. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que um aumento de 1 mV da diferença dos valores absolutos é equi- valente a 4,2% de perda de água relativa ou a um aumento de 0,0098 da densidade relativa do eletrólito.

10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a9, caracterizado pelo fato de adicionalmente compreende a determinação do primeiro e segundo estado de valores de carga (SOCappdsch), respectivamen- te, ao término de uma carga e de uma descarga, a diferença entre primeiro e segundo valores de estado de carga sendo representativa de um estado de saúde estimado (SOH) da bateria.

11. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pe- Io fato de que os ditos primeiro e segundo valores de estado de cargas (SO- Cappch, SOCappdsch) serem medidos dentro de 1 a 3 dias ou dentro de 1 a 3 ciclos de carga/descarga,