ES2295733T3 - Procedimiento para la prediccion de caracteristicas electricas de una bateria de almacenamiento electroquimica. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la predicción de características eléctricas de una batería de almacenamiento electroquímica, caracterizado por medio de las siguientes etapas: - determinación de la relación funcional (f'''') como evolución del parámetro de estado que describe la dependencia entre el primer valor de estado de carga (SOC1) calculado a partir de la tensión de la batería de almacenamiento para una segunda fase del uso de la batería de almacenamiento y el segundo valor de estado de carga (SOC2) calculado a partir del rendimiento de carga por unidad de tiempo (Q) de la batería de almacenamiento para la segunda fase del uso de la batería de almacenamiento; - determinación de al menos un parámetro (G) a partir de la referencia de la relación funcional (f'''') para la segunda fase con una relación funcional (f'') correspondiente para una primera fase anterior del uso de la batería de almacenamiento; y - predicción de las características eléctricas de la batería de almacenamiento con la ayuda de una relación funcional del parámetro (G) con las características eléctricas.
Description
Procedimiento para la predicción de
características eléctricas de una batería de almacenamiento
electroquímica.
\global\parskip0.900000\baselineskip
La invención se refiere a un procedimiento para
la predicción de características eléctricas de una batería de
almacenamiento electroquímica.
Existe la necesidad de determinar o de predecir
el estado de una batería de almacenamiento electroquímica, como por
ejemplo el estado de carga o la capacidad de carga de gran amperaje,
de modo actualizado. Por ejemplo, para la capacidad de una batería
de arranque de arrancar un automóvil con un motor de combustión es
predominante el estado de carga y el estado de envejecimiento o
bien la caída de capacidad percibida de la batería, ya que se
limita la intensidad de corriente y su entrega de potencia que se
puede extraer por medio de la batería de arranque. Especialmente
importante es la determinación del estado de carga o de la capacidad
de arranque de una batería de arranque en los casos en los que, por
ejemplo, se dé un funcionamiento del motor intermitente, ya que
entonces, en los tiempos de interrupción del motor, la red de a
bordo del vehículo sigue siendo operada con sus consumidores, si
bien el generador no genera corriente. La supervisión del estado de
carga y de la capacidad de arranque de la batería de almacenamiento
ha de garantizar en estos casos que el contenido de energía de la
batería de almacenamiento permanece en todo momento en un nivel
suficiente para volver a arrancar el motor.
Para la medición del estado de carga y para la
determinación del comportamiento de carga de baterías de acumulación
se conocen los más diferentes tipos de procedimientos. De este
modo, se usan, por ejemplo, aparatos de medición integrados
(contadores de amperio-hora), considerándose la
corriente de carga, dado el caso, valorándose con un factor de
carga fijo. Puesto que la capacidad útil de una batería de
almacenamiento depende fuertemente de la magnitud de la corriente
de descarga y de la temperatura, tampoco se pueden conseguir con
este tipo de procedimientos indicaciones satisfactorias sobre la
capacidad útil que se puede extraer todavía de la batería.
Del documento DE 22 42 510 C1 se conoce, por
ejemplo, el hecho de evaluar en un procedimiento para la medición
del estado de carga la corriente de carga con un factor dependiente
de la temperatura y del estado de carga de la misma batería.
En el documento DE4007883A1 se describe un
procedimiento en el que la capacidad de arranque de una batería de
almacenamiento se determina por medio de la medición de la tensión
en bornes de la batería y de la temperatura de la batería y la
comparación con un haz de curvas de estado de carga válido para el
tipo de batería que se ha de comprobar.
Del documento DE19543874A1 se puede extraer un
procedimiento de cálculo para la característica de descarga y la
medición de la capacidad residual de una batería de almacenamiento,
en el que, igualmente, se mide la corriente, la tensión y la
temperatura, aproximándose la característica de descarga por medio
de una función matemática con una superficie curvada.
En el documento DE3901680C1 se describe un
procedimiento para la supervisión de la capacidad de arranque en
frío de una batería de arranque en el que la batería de arranque se
carga temporalmente con una resistencia. La tensión que cae en la
resistencia se mide, y a partir de ello se constata, en comparación
con valores empíricos, si la capacidad de arranque en frío de la
batería de arranque sigue siendo suficiente. Para la carga de la
batería de arranque sirve, en este caso, el proceso de arranque.
Además, del documento DE4339568A1 se puede
extraer un procedimiento para la determinación del estado de carga
de una batería de arranque de un automóvil, en la que se miden la
corriente de la batería y la tensión de en circuito abierto, y a
partir de éstas se deduce el estado de carga. En este caso también
se tiene en cuenta además la temperatura de la batería. Las
corrientes de carga medidas durante los diferentes intervalos
temporales se comparan entre ellas, y a partir de ello se determina
una capacidad residual.
En el documento DE19847648A1 se describe un
procedimiento para aprender una relación entre la tensión en
circuito abierto y el estado de carga de una batería de
almacenamiento con la finalidad de estimar la capacidad de
almacenamiento. A partir de la relación de la diferencia de tensión
en circuito abierto respecto al flujo de corriente convertido
durante la fase de carga se determina una magnitud para la capacidad
ácida del electrolito de la batería de almacenamiento. En este caso
se aprovecha el hecho de que la tensión en circuito abierto se
incrementa en los intervalos de estado de carga altos relevantes en
la práctica aproximadamente de modo lineal con el estado de
carga.
El problema en la determinación del estado de
una batería de almacenamiento electroquímica con los procedimientos
conocidos previamente es que, en particular en el procedimiento de
descarga y carga de baterías de almacenamiento recargables, aunque
también en el almacenamiento libre de carga, se produce desgaste, y
con los procedimientos convencionales no se tienen en cuenta todos
los factores de desgaste relevantes.
En el caso de acumuladores de plomo, el desgaste
se refiere, por un lado, a apariciones de corrosión, que empeoran
la posición de tensión en caso de fuertes cargas eléctricas, y por
otro lado a modificaciones de la morfología y de la composición
química de las masas activas. Además, las reacciones parasitarias
como la electrolisis y la corrosión de rejillas, aunque también la
evaporación sencilla, llevan a una pérdida de agua de los
electrolitos. En un acumulador con electrolitos líquidos, esto se
pone de manifiesto en una reducción del nivel de electrolito.
Debido a ello se liberan partes que anteriormente estaban cubiertas
con electrolito, lo que puede llevar a una modificación del
comportamiento de corrosión en estas regiones. Además, se puede
producir un revestimiento ácido por medio de la reducción de los
ácidos en estría en el suelo de la batería de almacenamiento, lo
que lleva a un incremento de la capacidad ácida en la región
inferior y a una reducción de la capacidad ácida en la región
superior. En el caso de acumuladores con electrolitos fijados, los
denominados acumuladores cerrados, en los que el electrolito, por
ejemplo, está inmovilizado a una tela no tejida de fibras de vidrio
o a un gel, se reduce el grado de saturación del juego de electrodos
compuesto por los electrodos porosos y los separadores microporosos
o un gel con electrolito. Esto se manifiesta, entre otras cosas, en
una resistencia interna mayor y una capacidad parcialmente reducida.
Además, a medida que aumenta el secado del juego de electrodos
aumenta la cadencia del circuito de ácido parásito, lo que, por un
lado, en acumuladores de este tipo constructivo, reduce la pérdida
de agua por medio de la electrolisis, y por otro lado, sin embargo,
reduce el rendimiento de carga y puede incrementar el calentamiento
del acumulador durante la carga.
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En ambos casos aumenta la tensión en circuito
abierto del acumulador con un grado de descarga dado DoD, ya que la
pérdida PA de agua, con un volumen no modificado de ácido sulfúrico,
lleva a una concentración que se incrementa del electrolito diluido
de ácido sulfúrico, y aumenta la tensión en circuito abierto
U_{\infty} como consecuencia de relaciones electroquímicas de
modo estrictamente monótono con la concentración de ácido.
El documento US6.268.712B1 da a conocer un
procedimiento para la determinación de la capacidad de arranque de
una batería de coche, en la que la pareja de corriente y tensión se
usa para el cálculo de la resistencia interna.
En el documento DE10156891A1 se describe un
procedimiento para la supervisión de una batería, en el que durante
una fase de gran amperaje se determinan una resistencia diferencial,
y a partir de ella el estado de carga. La fase de gran amperaje se
divide en dos fases.
El documento US5.650.712A1 da a conocer la
determinación de un primer valor de estado de carga dependiendo del
rendimiento de carga y de la acumulación de la misma. Este valor de
estado de carga acumulado se relaciona con un valor de estado de
carga almacenado. El valor de estado de carga almacenado se lee a
partir de curvas características que están trazadas dependiendo de
la tensión de la batería y de la temperatura.
A partir del cociente de la variación del estado
de carga acumulado y de la modificación del estado de carga
almacenado se determina una capacidad de carga completa. A partir
del cociente de la capacidad de carga completa y la capacidad
nominal de la batería se determina el factor de desgaste.
El objetivo de la invención, debido a ello, es
crear un procedimiento mejorado para la predicción de
características eléctricas de una batería de almacenamiento
electroquímica.
El documento
EP-A-1120663 describe un
procedimiento para la determinación del estado de carga de un
acumulador, en el que se usan dos métodos, diferentes en su
enfoque, para la determinación del estado de carga de modo
simultáneo, los resultados obtenidos individualmente de los
diferentes métodos se ponderar de modo correspondiente a su
fiabilidad correspondiente en la situación de funcionamiento del
acumulador actual o pasada, y el valor medio ponderado obtenido de
esta manera de los métodos individuales se usa y se muestra como
magnitud de salida del procedimiento.
El objetivo se consigue según la invención por
medio de las características de la reivindicación 1
independiente.
Se ha reconocido que los parámetros de desgaste
relevantes se tienen en cuenta en la determinación del estado
prácticamente en su totalidad cuando el estado de carga se determina
con dos procedimientos diferentes referidos a un primer y a un
segundo parámetro. En concreto, se ha descubierto que, por ejemplo,
el valor de la densidad de ácido actúa de un modo diferente sobre
el valor del estado de carga referido a la cantidad de carga
convertida que sobre el valor de estado de carga referido a la
tensión en circuito abierto.
A continuación se puede realizar el estado
actual o una predicción sobre el estado futuro de la batería de
almacenamiento teniendo en cuenta todos los factores de desgaste
relevantes haciendo que para ello, a partir de la relación
funcional entre los dos valores de estado de carga referidos,
respectivamente, a un parámetro diferente, en una segunda fase del
uso de la batería de almacenamiento se realice una referencia a una
evolución del parámetro de estado en una primera fase de uso de la
batería de almacenamiento, preferentemente al estado nuevo.
Estos efectos múltiples mencionados
anteriormente del desgaste de las baterías de almacenamiento se
pueden tener en cuenta ahora con los procedimientos conformes a la
invención haciendo que, sencillamente, se evalúe la relación
funcional entre los valores de estado de carga SOC_{1} y SOC_{2}
referidos a un primer y a un segundo parámetro en una primera y en
una segunda fase del uso.
Preferentemente se determina una evolución del
parámetro de estado para la primera fase del uso como relación
funcional entre el valor de estado de carga referido al primer
parámetro de la batería de almacenamiento y el valor de estado de
carga referido al segundo parámetro de la batería de almacenamiento.
A continuación, la modificación de la evolución del parámetro de
estado desde la primera fase a la segunda fase es una medida para
el estado del electrolito de la batería de almacenamiento, como por
ejemplo de la capacidad ácida, de la pérdida de agua y/o de un
revestimiento ácido del electrolito.
Gracias al hecho de que se determine la relación
funcional en la primera y en la segunda fase, a partir de la
variación se puede deducir directamente el desgaste. Según la
invención, en este caso, se determina la influencia del ácido
directamente a partir de la variación de la evolución del parámetro
de estado de la primera y de la segunda fase.
Adicionalmente es ventajoso determinar la
relación funcional de los valores de estado de carga referidos a un
primer y a un segundo parámetro como función de la variación de la
tensión en circuito abierto después de una fase de carga respecto
al volumen de carga convertido en la fase de carga. Con ello, se
propone determinar el estado de carga en un primer procedimiento
por medio de la medición de la tensión en circuito abierto, y en un
segundo procedimiento por medio de la medición del volumen de carga
convertido. Esto es lo mismo que la aplicación de la variación de
tensión en circuito abierto antes y después de una fase de carga
eléctrica a través del volumen de carga neta convertida durante la
fase de carga eléctrica, que puede ser medido, calculado o
estimado. Se hace referencia al hecho de que el volumen de carga
convertida no es lo exactamente mismo que el volumen de corriente
medido durante la fase de carga eléctrica. Las reacciones
parasitarias pueden llevar a que una parte de la corriente no lleve
a una variación de estado de carga, y eventualmente haya de ser
considerada por separado. Como primer parámetro se fija, con ello,
una tensión de la batería de almacenamiento no cargada, y como
segundo parámetro el volumen de carga convertido, es decir, la
conversión de carga.
De un modo adecuado, se determina un parámetro S
para la primera y para la segunda fase a partir del cociente entre
la variación del valor de estado de carga referida al primer
parámetro y la variación del valor de estado de carga referida al
segundo parámetro, o bien a partir de la variación de la tensión en
circuito abierto referida al volumen de carga convertido durante la
fase de carga eléctrica. La variación de la tensión en circuito
abierto es la diferencia de la tensión en circuito abierto después
de la fase de carga eléctrica y la tensión en circuito abierto
antes de la fase de carga eléctrica. El parámetro S, con ello, se
define como:
A partir de la variación del parámetro S para la
primera fase y para la segunda fase se determina entonces el
estado.
La determinación de la tensión en circuito
abierto se puede realizar por medio de la medición, estimación o
cálculo con la ayuda de un modelo a partir del comportamiento de la
tensión, también en el estado de funcionamiento cargado con
corriente.
Dependiendo del parámetro S se puede determinar
entonces para la primera fase la capacidad ácida Q_{0} de la
batería de almacenamiento, por ejemplo, como valor inversamente
proporcional al parámetro S, cuando se conoce un recorrido de
tensión correspondiente. La capacidad ácida Q_{0} es la cantidad
de electricidad expresada en equivalentes eléctricos que está
almacenada en el ácido sulfúrico existente en el acumulador.
Para el procedimiento conforme a la invención,
la evolución del parámetro de estado para la primera parte se puede
o bien prefijar de modo fijo para el tipo de batería, o bien
determinarse por medio de medición, o se puede aprender.
Para la determinación de un estado de carga
referido a la tensión en circuito abierto, la tensión en circuito
abierto ha de ser medida en estado no cargado de la batería de
almacenamiento después de una fase de reposo suficiente. Sin
embargo, también es posible calcular la tensión en circuito abierto
a partir de la evolución temporal de la tensión en bornes de la
batería durante una fase aproximadamente descargada o a partir de la
evolución de la tensión y de la corriente durante el uso de la
batería de almacenamiento. La determinación de la tensión en
circuito abierto es suficientemente conocida del estado de la
técnica.
Un valor actual de estado de carga relativo
referido a la capacidad ácida del electrolito como primer parámetro
se puede calcular para la primera fase, por ejemplo, a partir de la
tensión U_{0} descargada actual según la fórmula
siendo a y b magnitudes constantes
dependientes del tipo de la batería de
almacenamiento.
Sin embargo, también se puede calcular un valor
de estado de carga absoluto referido a la capacidad ácida del
electrolito para la primera fase, en particular según la fórmula
a partir del valor de estado de
carga relativo
SOC'_{1,rel}.
Además, se puede calcular un valor de estado de
carga relativo SOC''_{1,abs} referido a la capacidad ácida del
electrolito para la segunda fase a partir de la tensión descargada
actual, según la fórmula
En este caso, a y b, de nuevo, son magnitudes
constantes, S' es el parámetro para la primera fase y S'' es el
parámetro para segunda fase de la variación de tensión en circuito
abierta referida al volumen de carga convertido durante una fase de
carga eléctrica.
Además, se puede calcular un valor de estado de
carga absoluto SOC''_{1,abs} para la segunda fase según la
fórmula
a partir del estado de carga
relativo para la segunda
fase.
Los valores de estado de carga relativos o
absolutos se pueden mostrar y/o evaluar.
La relación del parámetro S' para la primera
fase con el parámetro S'' para la segunda fase es una medida para
el desgaste de la batería de almacenamiento. En particular, teniendo
en cuenta el nivel de llenado anterior de un posible revestimiento
ácido, y otros factores de influencia posibles se puede determinar
la pérdida de agua PA a partir de la relación S'/S''.
Además representa una ventaja el hecho de
determinar el final de la primera fase por medio de la integración
del rendimiento de carga por unidad de tiempo. Con ello, la primera
fase finaliza cuando el rendimiento de carga por unidad de tiempo
integrado pasa por encima de un valor mínimo prefijado. En la
integración del rendimiento de carga por unidad de tiempo se tienen
en cuenta preferentemente sólo aquellas contribuciones en las que
las variaciones de los valores de estado de carga están por encima,
cada una de ellas, de un valor mínimo prefijado, de manera que
fundamentalmente sólo se tiene en cuenta el tiempo de funcionamiento
en el que también se produce el desgaste.
Alternativamente o adicionalmente a esto como
criterio para el final de la primera fase se puede supervisar un
tiempo mínimo prefijado después de la primera puesta en
funcionamiento de la batería de almacenamiento o una duración de
funcionamiento mínima prefijada o un estado que lleva a un
revestimiento ácido.
La desviación de la curva característica actual
de la relación funcional en la segunda fase de la curva
característica en la primera fase, preferentemente para una batería
de almacenamiento nueva, se puede usar además para la estimación de
la capacidad de almacenamiento actual o bien para la reducción de la
capacidad de almacenamiento respecto al estado de salida en la
primera fase. En el caso de una batería de almacenamiento nueva, la
capacidad de almacenamiento CSC ha de tener un valor de 100%, es
decir, la batería de almacenamiento se puede llenar completamente
con energía. La capacidad de almacenamiento CSC, en este caso, está
definida como volumen de carga que puede extraer de la batería de
almacenamiento cargada hasta el estado de carga máximo alcanzable
(carga completa) con la corriente de descarga nominal hasta alcanzar
la tensión de finalización de descarga. En el estado normal, ésta
se corresponde aproximadamente con la capacidad nominal, y se reduce
en una batería de almacenamiento debido al envejecimiento o al
revestimiento ácido. La capacidad de almacenamiento de la batería
de almacenamiento se puede determinar a partir de uno o varios
parámetros G. Un ejemplo para una realización técnica se describe
del siguiente modo:
La capacidad de almacenamiento de la batería de
almacenamiento se determina por medio de la extrapolación
correspondiente de la relación f'' funcional de puntos determinados
sobre un valor de estado de carga SOC_{1}=0 o SOC_{2}=0 o
secciones de la curva (preferentemente para SOC_{1} y/o SOC_{2}
>50%), la extrapolación de la evolución del parámetro de estado
f' en un valor de estado de carga SOC_{1}=0 y SOC_{2}=0, y por
medio de la determinación de un parámetro G característico,
respectivamente, a partir de la diferencia de ambos valores:
A partir de las dos magnitudes se puede
determinar ahora la capacidad de almacenamiento CSC por medio de la
siguiente relación:
Como consecuencia de la selección MAX, sólo se
usar valores mayores que cero.
El ejemplo descrito representa el caso más
sencillo. En caso de relaciones menos buenas puede ser necesario
que se realice una extrapolación sencilla no para el resultado, sino
una evaluación de otras magnitudes características. Un ejemplo para
esto son grados de curvatura, derivadas, etc. de curvas para la
relación funcional f'', que no sean rectas.
Además, también puede ser suficiente conocer
sólo el volumen de carga que se puede extraer todavía en el estado
actual de la batería de almacenamiento SOC_{1}, SOC_{2}, y no el
valor referido a la batería de almacenamiento totalmente cargada de
la capacidad de almacenamiento CSC. Cuando el valor del estado de
carga SOC_{1} se determina a partir de la tensión en circuito
abierto, y el valor de estado de carga SOC_{2} a partir del
rendimiento de carga por unidad de tiempo, existe entonces, por
ejemplo, un problema para conseguir un valor de estado de carga
SOC_{2} preciso, ya que debido a errores de integración con tiempo
continuado, el valor se hace cada vez menos preciso para el
rendimiento de carga por unidad de tiempo. En este caso,
ciertamente, siempre tiene sentido tomar la evolución del parámetro
de estado f'', pero calcular a continuación sólo el volumen de
carga que se puede extraer a partir el estado actual. Esto funciona
cuando la relación funcional f'' se ha tomado comparativamente
próxima en el tiempo al punto de predicción, y se conoce el aumento
de la relación funcional f''. En este caso el valor de estado de
carga SOC_{2}'' referido al segundo parámetro para la segunda
fase se determina a partir de la relación f'' funcional con el valor
de estado de carga SOC_{1}=0 referido al primer parámetro, y a
partir de la diferencia SOC_{2}-SOC''_{2}, por
medio de la multiplicación con la capacidad de la batería, se
determina el volumen de carga que todavía se puede extraer.
Habitualmente, otro objetivo es que la variación
de tensión \DeltaU se ha de predecir bajo una carga de corriente
i. Para ello, cuando hay un revestimiento ácido, se ha de determinar
un estado de carga como el valor relevante para el cálculo de la
posición de tensión, ya que entonces, los dos métodos dan valores
diferentes para la determinación del estado de carga. El valor del
estado de carga relevante entonces para la posición de tensión es
el valor de estado de carga (SOC_{1}) referido a la tensión en
circuito abierto.
Además, habitualmente se requiere que la
variación de tensión o bien la posición de tensión de la batería de
almacenamiento haya de ser predicha cuando de la batería de
almacenamiento, partiendo del estado actual, se extraiga un volumen
de carga determinado. En el caso de baterías sin revestimiento
ácido, generalmente se conoce la dependencia, ya que,
sencillamente, el valor de estado de carga relevante se ha de
modificar de modo correspondiente al volumen de carga. En el caso
de baterías con revestimiento, la característica del estado de
carga relevante se puede comportar de otra manera a medida que varía
el volumen de carga extraído. En el caso de baterías con
revestimiento ácido se ha mostrado
que sólo una solución, tal y como se describe a continuación, lleva a una buena predicción de la posición de tensión.
que sólo una solución, tal y como se describe a continuación, lleva a una buena predicción de la posición de tensión.
Para la determinación de una variación de
tensión esperada para una carga eléctrica de la batería de
almacenamiento y una temperatura, tiene lugar
- una determinación de la tensión en circuito
abierto de la batería de almacenamiento en un primer instante en la
segunda fase,
- una determinación de la tensión en circuito
abierto que se esperaría según un rendimiento de carga por unidad
de tiempo entre el primer instante y un segundo instante a partir de
la relación funcional para la segunda fase, y
- una determinación de la variación de carga que
se ha de esperar a partir de tensión en circuito abierto
determinada que se ha de esperar, el valor de carga referido al
primer parámetro en el segundo instante, y una función de la
resistencia eléctrica interna dependiendo del valor del estado de
carga referido al primer parámetro, y
- una determinación de una tensión que se ha de
esperar como diferencia de la tensión en circuito abierta esperada
para el segundo instante y el producto de la resistencia interna y
el valor de corriente supuesto.
En este caso se aprovecha el conocimiento de que
ya se tiene en cuenta la influencia del revestimiento ácido o del
envejecimiento durante la determinación de la tensión en circuito
abierto que se ha de esperar a partir de la relación funcional para
la segunda fase, y con este parámetro se puede acceder a una
relación funcional entre la variación de tensión y la tensión en
circuito abierto que es fundamentalmente independiente del
revestimiento ácido.
A partir de la variación de tensión esperada se
puede calcular además una tensión esperada como diferencia entre la
tensión en circuito abierto esperada para el segundo instante y la
variación determinada de tensión.
La invención se explica con más detalle a
continuación a partir de los dibujos anexos a modo de ejemplo. Se
muestra:
Figura 1 una relación funcional entre el valor
de estado de carga referido a un primer parámetro y el valor de
estado de carga referido a un segundo parámetro para una primera
fase y una segunda fase del uso de una batería de
almacenamiento;
Figura 2 un diagrama de la relación funcional
entre el valor del estado de carga de una batería de almacenamiento
y la densidad específica del electrolito en el estado nuevo y
después de una pérdida de agua;
Figura 3 Representación de la influencia del
envejecimiento y del revestimiento ácido sobre la evolución de la
relación funcional entre la tensión en circuito abierto y el volumen
de carga convertido;
Figura 4 un diagrama de flujo de la predicción
de una tensión que se ajusta de la batería de almacenamiento bajo
carga para la predicción de alto amperaje.
Figura 5 un diagrama de la relación funcional en
una primera y en una segunda fase y de la evolución de la tensión
mínima dependiendo del valor de estado de carga referido a la
tensión en circuito abierto con las etapas del procedimiento para
la predicción de alto amperaje;
Figura 6 relación funcional entre el estado de
carga referido al primer parámetro y el estado de carga referido a
un segundo parámetro, y determinación de la capacidad de
almacenamiento;
Figura 7 diagrama de la calidad de la
determinación de la capacidad de almacenamiento con el procedimiento
según la invención;
Figura 8 diagrama de la relación funcional entre
el valor de estado de carga referido a un primer parámetro y el
valor de estado de carga referido a un segundo parámetro con la
representación del procedimiento para la determinación del volumen
de carga que se puede extraer en el estado actual.
La Figura 1 deja reconocer un diagrama de la
relación funcional entre el valor del estado de carga SOC_{1}
referido a un primer parámetro y el valor del estado de carga
SOC_{2} referido a un segundo parámetro en un primer instante
(relación funcional f') y en un segundo instante posterior (relación
funcional f''). En la primera fase del uso de la batería de
almacenamiento, en el presente ejemplo no se da ningún revestimiento
ácido, y las características ácidas son prácticamente óptimas. En
la segunda fase del uso se ha establecido un revestimiento ácido en
el que la densidad de ácido en la región inferior de la batería de
almacenamiento es mayor que en la región superior de la batería de
almacenamiento.
El revestimiento ácido lleva a que la pendiente
S'' de la relación funcional f'' en la segunda fase aumente en la
segunda fase en comparación con la pendiente S' de la relación
funcional f' en la primera fase como consecuencia de la influencia
del ácido.
En el ejemplo representado, se ha determinado
como primer parámetro la tensión en circuito abierto U_{\infty} y
como segundo parámetro el volumen de carga convertida \Delta Q
durante una fase de carga. Esto se corresponde con un diagrama en
el que la variación de la tensión en circuito abierto
\DeltaU_{\infty} está representada en función del volumen de
carga \DeltaQ convertido en la fase de carga eléctrica
correspondiente.
Según la invención, en una primera fase del uso
se fija o se determina una evolución del parámetro de estado f',
que puede ser, por ejemplo, la relación funcional f' representada en
la Figura 1 entre los primeros valores de estado de carga SOC_{1}
determinados a partir de la tensión en circuito abierto U_{\infty}
y los valores de estado de carga SOC_{2} determinados a partir de
los volúmenes de carga Q convertidos.
Para la predicción de alto amperaje también se
puede determinar, sin embargo, por ejemplo, la evolución de la
tensión mínima U_{min} dependiendo del estado de carga SOC_{1}
referido a la tensión en circuito abierto.
A partir de la relación funcional f'' para la
segunda fase se puede determinar entonces un valor de carga actual
por medio de la referencia a la evolución al parámetro de estado f'
para la primera fase anterior, o se puede predecir un estado
futuro. El estado contiene ya entonces todas las influencias
relevantes, en particular la influencia del
ácido.
ácido.
Como parámetros de estado se pueden determinar
el estado de carga, la capacidad total de almacenamiento, la
resistencia interna, la capacidad de alto amperaje, la capacidad de
carga, el rendimiento en carga, el calentamiento, la temperatura, y
la distribución de temperatura dentro de la batería de
almacenamiento, etc., pudiéndose unir el procedimiento descrito con
otros procedimientos de determinación del estado. También se puede
determinar una variación de fase de componentes de la batería de
almacenamiento, por ejemplo una solidificación del electrolito,
dado el caso, con la ayuda de otros procedimientos conocidos con el
procedimiento conforme a la invención, ya que la temperatura de
solidificación varía por medio de la pérdida de agua PA y de un
revestimiento ácido.
Por ejemplo, se puede determinar el desgaste,
por ejemplo, por medio de la pérdida de agua PA y/o el revestimiento
ácido a partir de la relación modificada entre la tensión en
circuito abierto U\infty y el estado de carga, de la siguiente
manera:
Se determinan parámetros S' para una primera
fase y S'' para una segunda fase del uso de la batería de
almacenamiento, respectivamente, por medio de:
- Determinación de la tensión en circuito
abierto U_{\infty,1} antes de una fase de carga eléctrica,
- Determinación de la tensión en circuito
abierto U_{\infty,2} después de una fase de descarga
eléctrica,
- Determinación del volumen de carga \Delta Q
convertida durante esta fase de carga.
El parámetro S se determina entonces según la
fórmula
y se corresponde con el cociente
entre la variación del valor de estado de carga \DeltaSOC_{1}
referido al primer parámetro U_{\infty} y la variación del valor
de estado de carga \DeltaSOC_{2} referido al segundo parámetro
Q. Para la primera fase del uso de la batería de almacenamiento,
preferentemente en estado nuevo, resulta para el parámetro S' otro
valor que en una segunda fase posterior, en la que, por ejemplo, se
ha producido una pérdida de agua PA o un revestimiento
ácido.
ácido.
Las Figuras 1 y 2 dejan reconocer esto. En la
Figura 2 se representa el valor de estado de carga SOC_{1}
referido a la tensión en circuito abierto dependiendo de la densidad
específica del electrolito para la primera fase en el estado nuevo,
y la segunda fase después del desgaste V tomando como ejemplo un
acumulador de plomo con seis celdas conectadas en serie.
El parámetro S' característico para la primera
fase o bien se determina por medio de medición, estimación o
cálculo, o bien está prefijado de modo fijo para el tipo de la
batería de almacenamiento. Después de la conclusión de la primera
fase ya no se modifica el parámetro S'.
El parámetro S'' se actualiza en la segunda
fase, y contiene en su posterior variación una información sobre el
desgaste. Como cota para el desgaste se puede escoger, por ejemplo,
la variación relativa
\left(\frac{S''-S'}{S''}\right) o la
relación \left(\frac{S''}{S'}\right), o similar.
Con la variación del parámetro S como
consecuencia del desgaste también varía la relación entre la tensión
en circuito abierto U_{\infty} medida o estimada y el valor de
estado de carga SOC. A partir de la Figura 2 se puede reconocer que
con una cierta variación de la densidad de ácido en el electrolito o
bien de la tensión en circuito abierto U_{\infty} va unida en la
segunda fase una menor conversión de carga, es decir, una variación
del estado de carga más reducida que en la primera fase. Cuando, sin
embargo, se conoce el desgaste, por ejemplo, a partir del
procedimiento mencionado anteriormente, entonces se puede tener en
cuenta esta variación para una indicación corregida del estado
de
carga.
carga.
De este modo, por ejemplo, se puede determinar
el estado de carga real SOC'' en la segunda fase a partir del valor
del estado de carga SOC_{1} que resultaría a partir de una tensión
en circuito abierto U_{\infty} determinada, para esta tensión de
circuito abierto U_{\infty} con la fórmula
La decisión de si la batería de almacenamiento
se encuentra todavía en la primera fase de uso o ya en la segunda
fase se puede tomar, por ejemplo, a partir de la duración mínima
determinada después de la instalación de la batería de
almacenamiento o de una duración mínima de funcionamiento. Sin
embargo, también se puede integrar el rendimiento de carga por
unidad de tiempo desde el instante de la primera puesta en marcha, y
finalizar la primera fase en cuanto el rendimiento de carga por
unidad de tiempo integrado esté por encima de un valor mínimo. En
este caso se tienen en cuenta, preferentemente, sólo aquellas
contribuciones del rendimiento de carga por unidad de tiempo en las
que las variaciones de los valores de estado de carga estén por
encima de un valor mínimo cada una de ellas.
Para la evaluación, bajo ciertas circunstancias,
de modo adecuado, se ha de calcular un valor de estado de carga
relativo SOC_{1,rel}(K_{nom}) actual referido a la
capacidad nominal K_{nom} a partir del valor de estado de carga
relativo SOC_{1,rel}(Q_{0}) referido a la capacidad ácida
Q_{0}, por ejemplo según la fórmula
En este caso, a y b son valores de estado de
carga fijados con a<b. f_{0} es el valor de estado de carga
SOC_{1,rel}(Q_{0}) correspondiente al valor de estado de
carga SOC_{1,rel}(K_{nom})=a referido a la capacidad
ácida Q_{0}, y f_{1} el valor de estado de carga
SOC_{1,rel}(Q_{0}) correspondiente al valor de estado de
carga SOC_{1,rel}(K_{nom})=b referido a la capacidad
ácida Q_{0}.
\newpage
A partir del valor de estado de estado de carga
SOC_{1,rel}(K_{nom}) relativo se puede calcular y evaluar
un valor de estado de carga SOC_{1,abs}(K_{nom})
absoluto referido a la capacidad nominal K_{nom} según la
fórmula:
Como parámetro de estado, con ello, se puede
calcular y evaluar, por ejemplo, el valor de estado de carga SOC''
corregido descrito anteriormente, un valor de estado de carga
SOC_{1,rel} relativo referido a la capacidad ácida Q_{0}, un
valor de estado de carga SOC_{1,abs} absoluto referido a la
capacidad ácida Q_{0}, un valor de estado de carga
SOC_{1,rel}(K_{nom}) relativo referido a la capacidad
nominal K_{nom} o un valor de estado de carga
SOC_{1,abs}(K_{nom}) absoluto referido a la capacidad
nominal K_{nom}.
La Figura 3 deja reconocer un dibujo con la
influencia del envejecimiento y el revestimiento ácido sobre la
evolución de la relación funcional entre la tensión en circuito
abierto U_{\infty} y el volumen de carga \Delta Q convertido.
La batería de almacenamiento está dibujada como un depósito colector
que se puede llenar con una carga dibujada en negro, de la que
puede salir la carga a través de la salida dibujada en la parte
derecha inferior. La Figura 3 a) muestra el estado del estado nuevo
de la batería de almacenamiento en el que la capacidad de
almacenamiento CSC no está reducida y tiene un valor del 100%. El
depósito colector, con ello, se puede llenar completamente. En el
estado nuevo, la relación funcional entre la tensión en circuito
abierto U_{\infty} y el volumen de carga \Delta Q convertido es
una línea que tiene un pendiente definida que depende del tipo de
la batería de almacenamiento correspondiente.
La Figura 3 b) muestra una batería de
almacenamiento envejecida con una capacidad de almacenamiento CSC''
reducida por medio de la influencia del envejecimiento. La reducción
Q_{v} de la capacidad de almacenamiento, sin embargo, no tiene un
efecto sobre las fases de carga y descarga, sino que simplemente
lleva a que se agote antes el acumulador. Fundamentalmente, se
mantiene la relación funcional entre la tensión en circuito abierto
U_{\infty} y el volumen de carga \Delta Q convertido, la recta
finaliza, sin embargo, en la región inferior en el valor de la
reducción de carga Q_{v} en la abscisa de la conversión de carga
\Delta Q.
La Figura 3 c) deja reconocer la influencia del
revestimiento ácido sobre una batería de almacenamiento. Éste tiene
efecto en todo el espacio del depósito colector, tanto en la región
de estado de carga más baja como en la región de estado de carga
alta, y en la relación funcional entre la tensión en circuito
abierto U_{\infty} y el volumen de carga \Delta Q convertido
lleva a una evolución de curva con una mayor pendiente.
La Figura 3 d) deja reconocer tanto la
influencia de la influencia del envejecimiento como del
revestimiento ácido sobre la capacidad de almacenamiento CSC y la
relación funcional entre la tensión en circuito abierto
U_{\infty} y el volumen de carga \Delta Q convertida. Se pone de
manifiesto que la capacidad de almacenamiento CSC se reduce en la
reducción de carga Q_{v} en la región inferior, y a lo largo de
todo el contenido del espacio en la influencia del revestimiento
ácido. Esto lleva en la relación funcional a una evolución de la
curva interrumpida en el punto de reducción de la carga Q_{v} en
la abscisa, y que tiene una pendiente mayor en comparación con el
estado nuevo de la batería de almacenamiento.
La capacidad de almacenamiento CSC es el volumen
de carga que se puede extraer de la batería de almacenamiento
cargada al estado de carga máximo alcanzable (carga completa) con la
corriente de descarga nominal hasta alcanzar la tensión de
finalización de descarga. En el estado normal, se corresponde
aproximadamente con la capacidad nominal. En el estado envejecido,
también cuando se produce un revestimiento ácido, se reduce, tal y
como se representa en las Figuras 3 c) y 3 d). Al reconocer la
capacidad de almacenamiento CSC, con el estado de carga SOC
conocido, también se puede deducir el volumen de carga Q que se
puede extraer todavía de este estado con corriente nominal.
Con la variación dibujada en las Figuras 1 y 3
de la relación funcional entre el primer estado de carga SOC_{1}
referido a la tensión en circuito abierto U_{\infty} y el segundo
estado de carga SOC_{2} referido a la conversión de carga
\Delta Q se puede determinar la tensión entre bornes U''_{\infty
,2} sin carga en otro instante t_{2} en la segunda fase cuando
se haya realizado entre medias una conversión de carga \Delta Q.
La tensión en bornes U''_{\infty ,2} calculada de esta manera se
usa como parámetro para calcular un saldo de tensión \DeltaU bajo
una carga eléctrica i a una temperatura T, en la que la dependencia
usada en este caso se determina en un instante anterior, o incluso
se fija de modo fijo. La tensión en bornes U''_{\infty ,2} sin
carga también se usa como punto de partida para el cálculo de una
tensión U bajo carga según la fórmula U = U_{\infty} \cdot
\Delta U.
La denominada predicción en alto amperaje está
dibujada en la Figura 4.
En primer lugar (etapa a), se determinan en
varios instantes t_{i} las tensiones en circuito abierto
U''_{\infty ,2} sin carga con diferentes profundidades de
descarga DoD, o bien los valores de estado de carga SOC_{1}
referidos al primer parámetro, para tomar una relación funcional
f'' para la segunda fase.
La tensión en circuito abierto U_{\infty}, en
este caso, la tensión de la batería de almacenamiento en un estado
determinado caracterizado por la temperatura T y por el estado de
carga SoC, que se ajusta después de un cierto tiempo después de la
finalización de una carga eléctrica. En una batería de
almacenamiento también se producen por lo general, junto a las
reacciones principales de la carga y descarga en los dos electrodos,
inversiones de la carga internas y reacciones parásitas, como por
ejemplo evolución espontánea de gases, que tienen su influencia en
la tensión de la celda. Estos efectos son especialmente grandes
cuando a la fase después de una carga eléctrica en la que se ha de
determinar una tensión en circuito abierto U_{\infty} le precede
una carga. Debido a ello, se ha de dar importancia a condiciones
reproducibles en la determinación de la tensión en circuito abierto
U_{\infty}. Preferentemente, la tensión en circuito abierto
U_{\infty} se determina en un estado de la batería de
almacenamiento al que precede una descarga de al menos
aproximadamente un 3-5% de la capacidad de
almacenamiento CSC. A continuación, a temperatura ambiente, se
ajusta aproximadamente después de 1-4 horas una
tensión en circuito abierto U_{\infty} reproducible muy estable.
En sustitución de esto, en otros casos, por ejemplo cuando se ha
producido antes una fuerte carga, se puede cargar un volumen de
carga adicional de por ejemplo un 5% de la capacidad de
almacenamiento CSC con una corriente I_{20} de 20 horas, y a
continuación volverse a descargar. La tensión U que se ajusta
entonces a temperatura ambiente después de 1-4
horas está muy cerca de la tensión en circuito abierto
U_{\infty}.
En este caso, durante una fase de carga (etapa
b) se mide la corriente I que fluye durante la carga en la batería
de almacenamiento y que se escapa durante la descarga de la batería
de almacenamiento, y por medio de integración (etapa c) se
determina el volumen de carga \DeltaQ (t) que se convierte durante
la fase de carga.
A partir de las tensiones en circuito abierto
U_{\infty} y el volumen de carga \Delta q (t) determinado se
determina para la segunda fase del uso de la batería de
funcionamiento una relación funcional entre la tensión en circuito
abierto U_{\infty} y el volumen de carga \Delta Q, pudiéndose
hacer uso también de procedimientos de interpolación, extrapolación
y linealización (etapa d).
Para la predicción de una tensión en circuito
abierto U''_{\infty ,2} en un segundo instante t_{2} posterior
en la segunda fase después de un volumen de carga \Delta Q
determinado se determina en una etapa e) en el instante t_{1}
actual una tensión en circuito abierto U''_{\infty ,2}.
En una etapa f), el volumen de carga \Delta Q
esperado se determina desde el instante actual t_{1} hasta el
segundo instante futuro t_{2}. A partir de estos valores, y
haciendo uso de la relación funcional determinada en la etapa d),
se predice la tensión en circuito abierto U''_{\infty ,2} esperada
en un segundo instante posterior t_{2} (etapa g).
Para la predicción de una tensión U_{2} bajo
carga en el segundo instante t_{2} a partir de la tensión en
circuito abierto U_{\infty ,1} predicha de esta manera con una
temperatura T_{2} en el segundo instante t_{2} y una corriente
de carga I_{2}, en una etapa h) se determina, la función
característica para la batería de almacenamiento de la caída de
tensión dependiendo de la tensión en circuito abierto U_{\infty},
la corriente de carga I y la temperatura T, se fija o bien se accede
a una función de este tipo.
En una etapa i) se determina, se fija o se
predice la temperatura T_{2} que se ha de esperar en un segundo
instante t_{2}.
En una etapa k) se predice entonces la caída de
tensión \Delta U en el segundo instante t_{2}, bajo la carga
con la corriente I_{2} a partir de la relación funcional con la
etapa h) y la tensión en circuito abierto U_{\infty ,2} y la
temperatura T_{2} por medio de la lectura del valor
correspondiente a partir del haz de curvas.
En una etapa l) se predice entonces a partir de
la tensión en circuito abierto U_{\infty ,2} y la caída de
tensión \Delta U la tensión que se ha de esperar bajo la carga
U_{2} como diferencia
U_{2} =
U_{\infty ,2} - \Delta
U
La Figura 5 deja reconocer la ejecución del
procedimiento para la predicción de alto amperaje a partir de la
relación funcional entre el valor de estado de carga SOC_{1}
referido a la tensión en circuito abierto U_{\infty} y el valor
de estado de carga SOC_{2} referido al volumen de carga \Delta
Q. En este caso se aprovecha el hecho de que la tensión mínima
U_{min} dependiendo del primer valor del estado de carga
SOC_{1} referido a la tensión en circuito abierto U_{\infty}
presenta una buena coincidencia en el comportamiento en la curva
con o sin revestimiento ácido. La predicción de la tensión mínima
U_{min} se basa, debido a ello, en el valor del estado de carga
SOC que está referido a la tensión en circuito abierto
U_{\infty}.
Para la segunda fase en la que, bajo ciertas
circunstancias, se da un revestimiento ácido, en una primera etapa
a) se determina la tensión en circuito abierto U_{\infty} antes y
después de una fase de carga, así como el volumen \Delta Q
convertido durante la fase de carga, y a partir de ello se determina
la evolución de curvas f'' representada para la segunda fase con
revestimiento ácido como rectas desplazadas o inclinadas respecto a
la primera fase (f') sin revestimiento ácido.
Para un segundo instante t_{2} en la segunda
fase, a partir de la evolución de las curvas f'' se determina el
valor de estado de carga SOC''_{1} referido a la tensión en
circuito abierto U_{\infty} que se espera con un valor de estado
de carga SOC determinado. En el ejemplo representado en la Figura 5,
éste tiene un valor de 40% con un grado de descarga de
aproximadamente un 55%.
En una etapa c) se lee ahora a partir de la
relación funcional conocida de la tensión mínima U_{min} con el
valor de estado de carga SOC'_{1} referido a la tensión en
circuito abierto U_{\infty} la tensión mínima U_{min} = 9V que
se ha de esperar con el valor de estado de carga determinado
anteriormente SOC'_{1}=40%. Esta tensión mínima U_{min} se
puede entregar, o bien se puede usar para la evaluación de si en el
segundo instante t_{2} el valor del estado de carga SOC es
todavía suficiente, por ejemplo, para el arranque de un
automóvil.
La relación funcional entre la tensión mínima
U_{min} y el valor de estado de carga SOC'_{1} referido a la
tensión en cir-
cuito abierto U_{\infty} también puede ser un haz de curvas dependientes de la temperatura T y de una corriente de
cuito abierto U_{\infty} también puede ser un haz de curvas dependientes de la temperatura T y de una corriente de
\hbox{descarga I.}
La capacidad de almacenamiento de la batería de
almacenamiento se puede determinar a partir de uno o de varios
parámetros G. Esto se explica a continuación a partir de un ejemplo
para la realización técnica con la ayuda de las Figuras 6 y 7. La
Figura 6 muestra un diagrama de la relación funcional entre el valor
del estado de carga SOC_{1} referido al primer parámetro y el
valor del estado de carga SOC_{2} referido al segundo parámetro
con otras rectas para la determinación de la capacidad de
almacenamiento CSC.
Para ello se determina la capacidad de
almacenamiento CSC de la batería de almacenamiento por medio de la
extrapolación correspondiente de la relación funcional f'' a un
valor de estado de carga SOC_{1}=0 ó SOC_{2}=0 en determinados
puntos o secciones de la curva, en particular para valores de estado
de carga SOC_{1} y/o SOC_{2} mayores del 50%. A continuación se
realiza una extrapolación de la evolución el parámetro de estado f'
a un valor de estado de carga SOC_{1}=0 y SOC_{2}=0. A
continuación se determina un parámetro G_{1}, G_{2}
característico del primer parámetro y del segundo parámetro,
respectivamente, a partir de la diferencia de los valores
extrapolados, de la siguiente manera:
A partir de los dos parámetros se puede
determinar ahora la siguiente relación de la capacidad de
almacenamiento CSC
En el ejemplo representando se extrapola la
evolución del parámetro de estado f' al valor SOC_{1}=0. Además
se extrapola la relación funcional f'', que ha sido tomada en la
segunda fase con el revestimiento ácido, igualmente al valor de
estado de carga SOC_{1}=0. La evolución del parámetro de estado f'
se ha tomado, a diferencia con la relación funcional f'', en una
primera fase anterior, cuando todavía no había ningún envejecimiento
o revestimiento ácido.
La evolución del parámetro de estado discurre en
la extrapolación prácticamente a través del punto cero, de manera
que el parámetro característico resulta en G_{2} = 40%. Con ello,
la capacidad de almacenamiento CSC tiene un valor de 100%-40% =
60%. Para el parámetro G_{1} característico referido al segundo
parámetro con SOC_{2} = 0, se produciría un valor a partir del
parámetro de estado f' de aproximadamente cero. El valor resultante
de la relación funcional f'' para la segunda fase, con un valor de
estado de carga supuesto de SOC_{2}=0 sería negativo.
Para la determinación de la capacidad de
almacenamiento CSC se empleo, así pues, el parámetro característico
G_{2} referido al primer valor de estado de carga SOC_{1}.
La Figura 7 deja reconocer la calidad de la
determinación de la capacidad de almacenamiento CSC con el
procedimiento descrito anteriormente. Se pone de manifiesto que las
desviaciones entre la capacidad de almacenamiento medida y la
capacidad de almacenamiento CSC determinada según el procedimiento
conforme a la invención para experimentos con una ejecución
diferente (\ding{115}) o bien arranque a partir de un estado
cargado (arranque a partir de estado (\ding{110}) cargado) se
encuentran dentro de una tolerancia aceptable.
La Figura 8 deja reconocer un diagrama de la
relación funcional entre el valor del estado de carga SOC_{1}
referido a un primer parámetro y el valor del estado de carga
SOC_{2} referido a un segundo parámetro para una segunda fase del
uso de la batería de almacenamiento para la determinación del
volumen de carga disponible actual, en el que se da, por ejemplo,
un revestimiento ácido.
Bajo ciertas circunstancias puede ser suficiente
determinar sólo el volumen de carga que se puede extraer en el
estado actual de la batería de almacenamiento (SOC_{1},
SOC_{2}), y no el valor de la capacidad de carga CSC referido a
la batería de almacenamiento totalmente llena. Cuando el valor de
estado de carga SOC_{1} referido al primer parámetro se determina
a partir de la tensión en circuito abierto U_{\infty}, y el valor
del estado de carga SOC_{2} referido al segundo parámetro se
determina a partir del rendimiento de carga por unidad de tiempo Q,
entonces es un problema, por ejemplo, recibir un valor preciso para
el valor de estado de carga SOC_{2} referido al segundo
parámetro, ya que por medio de los errores de integración con
tiempo continuo el valor para el rendimiento de carga por unidad de
tiempo se hace cada vez menos preciso. En este caso, ciertamente,
siempre tiene sentido tomar la relación funcional f''. A
continuación, sin embargo, se ha de calcular el volumen de carga
que se puede extraer a partir del estado actual. Esto es posible
cuando la relación funcional f'', en comparación, ha sido tomada
cercana en el tiempo al instante de predicción, y se conoce el
incremento de la relación funcional f''. En este caso se determina
el valor del estado de carga SOC''_{2} referido al segundo
parámetro a partir de la relación funcional f'' para SOC_{1}=0. A
partir de la diferencia entre el valor de estado de carga
SOC_{2A} actual referido al segundo parámetro y el valor de
estado de carga SOC''_{2} determinado y la multiplicación de la
diferencia con la capacidad de la batería se determina el volumen
de carga que todavía se puede extraer.
Con ello también se pueden compensar
imprecisiones, por ejemplo causadas por mediciones incorrectas.
Claims (27)
1. Procedimiento para la predicción de
características eléctricas de una batería de almacenamiento
electroquímica, caracterizado por medio de las siguientes
etapas:
- determinación de la relación funcional (f'')
como evolución del parámetro de estado que describe la dependencia
entre el primer valor de estado de carga (SOC_{1}) calculado a
partir de la tensión de la batería de almacenamiento para una
segunda fase del uso de la batería de almacenamiento y el segundo
valor de estado de carga (SOC_{2}) calculado a partir del
rendimiento de carga por unidad de tiempo (Q) de la batería de
almacenamiento para la segunda fase del uso de la batería de
almacenamiento;
- determinación de al menos un parámetro (G) a
partir de la referencia de la relación funcional (f'') para la
segunda fase con una relación funcional (f') correspondiente para
una primera fase anterior del uso de la batería de almacenamiento;
y
- predicción de las características eléctricas
de la batería de almacenamiento con la ayuda de una relación
funcional del parámetro (G) con las características eléctricas.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado por medio de la determinación de una evolución
de parámetro de estado (f') para la primera fase como relación
funcional entre el valor de estado de carga (SOC_{1}) referido a
la tensión de la batería de almacenamiento y el valor de estado de
carga (SOC_{2}) referido al rendimiento de carga por unidad de
tiempo de la batería de almacenamiento, en el que la variación de le
evolución del parámetro de estado desde la primera fase a la
segunda fase es una medida para el estado del electrolito.
3. Procedimiento según la reivindicación 2,
caracterizado por medio de la determinación de la capacidad
ácida (Q_{0}), de la pérdida de agua (PA) y/o del revestimiento
de ácido del electrolito dependiendo de la variación de la
evolución del parámetro de estado de ala primera fase a la segunda
fase.
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el primer
valor de estado de carga (SOC_{1}) está referido a la tensión en
circuito abierto (U_{\infty}) de la batería de almacenamiento.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado por medio de la
determinación del segundo valor de estado de carga (SOC_{2}) por
medio del balanceo de la corriente que fluye entre un primer
instante de funcionamiento y un segundo instante de funcionamiento
como volumen de carga (\DeltaQ) convertido.
6. Procedimiento según la reivindicación 5,
caracterizado por medio de la determinación de un parámetro
(S', S'') para la primera y para la segunda fase a partir de la
relación de la variación del valor de estado de carga
(\DeltaSOC_{1}) referido al primer parámetro (U_{\infty}) y la
variación del valor de estado de carga (\DeltaSOC_{2}) referido
al segundo parámetro (Q), o de la variación de tensión en circuito
abierto (\DeltaU_{\infty}) referida al volumen de carga
(\Delta Q) convertido durante la fase de carga eléctrica como
diferencia de la tensión en circuito abierto (U_{\infty ,2})
después de la fase de carga eléctrica y tensión en circuito abierto
(U_{\infty ,1}) antes de la fase de carga eléctrica según la
fórmula
\vskip1.000000\baselineskip
o
bien
\vskip1.000000\baselineskip
y determinación del estado de la
batería de almacenamiento a partir de la variación del parámetro S
entre la primera fase y la segunda
fase.
7. Procedimiento según la reivindicación 6,
caracterizado por medio de la determinación de la capacidad
ácida (Q_{0}) de la batería de almacenamiento para la primera
fase dependiendo del parámetro S, en el que la capacidad ácida
(Q_{0}) se comporta de modo inversamente proporcional al parámetro
S.
8. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado por medio de la
medición de la tensión en circuito abierto (U_{\infty}) en el
estado no cargado de la batería de almacenamiento después de una
fase de reposo.
9. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado por medio del
cálculo de la tensión en circuito abierto (U_{\infty}) a partir
de la evolución temporal de la tensión en bornes de la batería
durante una fase aproximadamente sin carga.
10. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado por medio del
cálculo de la tensión en circuito abierto (U_{\infty}) a partir
de la evolución de la tensión y la corriente durante el uso de la
batería de almacenamiento.
11. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado por medio del
cálculo de un valor de estado de carga (SOC'_{1,rel}) relativo
actual referido a la capacidad ácida (Q_{0}) del electrolito para
la primera fase a partir de la tensión (U_{0}) actual no cargada,
según la fórmula
en la que a y b son magnitudes
constantes.
12. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado por medio del cálculo de un estado de carga
absoluto actual referido a la capacidad ácida (Q_{0}) del
electrolito para la primera fase según la fórmula
13. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado por medio del
cálculo de un valor de estado de carga (SOC''_{1,rel}) relativo
actual referido a la capacidad ácida (Q_{0}) del electrolito para
la segunda fase a partir de la tensión (U_{0}) actual no cargada,
según la fórmula
en donde a y b son magnitudes
constantes y S' es el parámetro para la primera fase y S'' es el
parámetro para segunda fase de la variación de tensión en circuito
abierta (\DeltaU_{\infty}) referida al volumen de carga
(\DeltaQ) convertido durante una fase de carga
eléctrica.
14. Procedimiento según la reivindicación 13,
caracterizado por medio del cálculo de un valor de estado de
carga (SOC''_{1,abs}) absoluto actual referido a la capacidad
ácida (Q_{0}) para la segunda fase según la fórmula
15. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado por medio de la
determinación de una cota para el desgaste de la batería de
almacenamiento en la segunda fase a partir de los parámetros S'
para la primera fase y S'' para la segunda fase, preferentemente
según la relación \left(\frac{S''}{S'}\right)o como
variación relativa
\left(\frac{S''-S'}{S''}\right).
16. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado por medio de la
determinación del final de la primera fase por medio de la
integración del valor del rendimiento de carga por unidad de
tiempo, en el que la primera fase finaliza cuando el rendimiento de
carga por unidad de tiempo integrado pasa por encima de un valor
mínimo prefijado.
17. Procedimiento según la reivindicación 16,
caracterizado porque en la integración del rendimiento de
carga por unidad de tiempo sólo se consideran aquellas
contribuciones en las que las variaciones del valor de estado de
carga (SOC) están por encima de un valor mínimo prefijado cada una
de ellas.
18. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado por medio de la
determinación del final de la primera fase dependiendo de un tiempo
mínimo prefijado después de la primera puesta en funcionamiento de
la batería de almacenamiento o de una duración de funcionamiento
mínima prefijada.
19. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado por medio de la
determinación del final de la primera fase cuando se ha reconocido
un revestimiento ácido.
\newpage
20. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado por medio de la
determinación de la capacidad de almacenamiento (CSC) de la batería
de almacenamiento por medio de una relación funcional entre el
parámetro característico (G) y la capacidad de almacenamiento
(CSC).
21. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la
determinación de la capacidad de almacenamiento se realiza por
medio de los siguientes pasos:
- Extrapolación de la evolución del parámetro de
estado (f) para la primera fase y de la relación funcional (f'')
para la segunda fase en puntos o secciones definidos en el valor
cero del valor de estado de carga (SOC_{1}) referido a la tensión
de la batería de almacenamiento;
- Determinación de los valores de estado de
carga referidos al rendimiento de carga por unidad de tiempo para
la primera fase (SOC'_{2}) y para la segunda fase (SOC''_{2})
con la ayuda de la evolución del parámetro de estado (f') para la
primera fase y de la relación funcional (f'') para la segunda fase
con un valor de estado de carga (SOC_{1}) referido a la tensión
igual a cero;
- Determinación de un parámetro característico
(G_{1}) referido al rendimiento de carga por unidad de tiempo a
partir de la diferencia entre el valor de estado de carga
(SOC'_{2}) referido al rendimiento de carga por unidad de tiempo
para la primera fase y el valor de estado de carga (SOC''_{2})
referido al rendimiento de carga por unidad de tiempo para la
segunda fase;
- Determinación de un valor de estado de carga
(SOC'_{1}) referido a la tensión para la primera fase y de un
valor de estado de carga (SOC''_{1}) referido a la tensión para la
segunda fase a partir de la evolución del parámetro de estado (f')
y de la relación funcional (f'') con un valor de estado de carga
(SOC_{2}) referido al rendimiento de carga por unidad de tiempo
igual a cero;
- Determinación de un parámetro característico
(G_{2}) referido a la tensión a partir de la diferencia entre el
valor de estado de carga (SOC'_{1}) referido a la tensión para la
primera fase y el valor de estado de carga (SOC''_{1}) referido a
la tensión para la segunda fase;
- Determinación de la capacidad de
almacenamiento (CSC) de la batería de almacenamiento a partir de la
relación funcional del parámetro característico (G_{1}) referido
a la tensión, el parámetro característico (G_{2}) referido al
rendimiento de carga por unidad de tiempo y la capacidad de
almacenamiento (CSC).
22. Procedimiento según la reivindicación 21,
caracterizado porque la capacidad de almacenamiento (CSC) se
calcula según la fórmula CSC = 100 - max (G_{1}, G_{2}).
23. Procedimiento según la reivindicación 21 ó
22, caracterizado porque la extrapolación se realiza en
intervalos de grandes valores de estado de carga (SOC_{1}) o
(SOC_{2}), preferentemente de valores de estado de carga mayores
del 50%.
24. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el volumen
de carga que se puede extraer en el estado actual (SOC_{1A},
SOC_{2A}) se determina haciendo para ello que la diferencia entre
un valor de estado de carga (SOC_{2A}) y el parámetro (G) como
valor del valor del estado de carga (SOC_{2}) referido al
rendimiento de carga por unidad de tiempo a partir de la relación
funcional (f'') con el valor de estado de carga (SOC_{1})
referido a la tensión se conforme igual a cero, y representando la
diferencia por medio de la multiplicación con la capacidad de la
batería el volumen de carga que todavía se puede extraer en el
estado actual.
25. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque para la
determinación de una variación de tensión (\DeltaU) esperada con
una carga (i) eléctrica de la batería de almacenamiento y una
temperatura (T) se usa un valor de estado de carga (SOC_{i})
dependiendo del parámetro característico (G) para la relación
dependiente del estado de carga entre la variación de tensión
(\DeltaU) y la carga (i) eléctrica.
26. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado por medio de
- determinación de la tensión en circuito
abierto (U_{\infty ,1}) de la batería de almacenamiento en un
instante (t_{1}) en la segunda fase como medida para el valor de
estado de carga (SOC_{1}(t_{1})),
- determinación de la tensión en circuito
abierto (U_{\infty}(t_{2})) que se ha de esperar entre el
primer instante (t_{1}) y un segundo instante (t_{2}) a partir
de la relación funcional (f'') para la segunda fase,
- determinación de un valor de estado de carga
(SOC_{1}(t_{2})) para el segundo instante (t_{2}),
- determinación de la variación de tensión
(\DeltaU) que se ha de esperar a partir de la tensión en circuito
abierto (U_{\infty ,2}) determinada que se ha de esperar, el valor
de estado de carga (SOC_{1}(t_{2})), y una función de la
resistencia eléctrica interna (Ri) dependiendo del valor de estado
de carga (SOC_{1}) referido a la tensión, y
\newpage
- determinación de una tensión (U_{2})
que se ha de esperar como diferencia (U_{2} = U_{\infty ,2} -
iRi) entre la tensión en circuito abierto (U_{\infty ,2}) esperada
para el segundo instante (t_{2}) y el producto de la resistencia
interna (Ri) y un valor de corriente (i) tomado.
27. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado por medio de
- determinación de la tensión en circuito
abierto (U_{\infty ,1}) de la batería de almacenamiento en un
primer instante (t_{1}) en la segunda fase como valor de estado de
carga (SOC_{1}(t_{1})),
- determinación de la tensión en circuito
abierto (U_{\infty}(t_{2})) que se ha de esperar según el
rendimiento de carga por unidad de tiempo (\DeltaQ) entre el
primer instante (t_{1}) y el segundo instante (t_{2}) a partir
de la relación funcional (f'') para la segunda fase,
- determinación de la variación de tensión
(\DeltaU) que se ha de esperar a partir de la tensión en circuito
abierto (U_{\infty ,2}) determinada que se ha de esperar, el valor
de estado de carga (SOC_{1}(t_{2})) y una función de la
diferencia de tensión (\DeltaU) dependiendo del valor de estado de
carga (SOC_{1}) referido a la tensión, y
- determinación de una tensión (U_{2}) que se
ha de esperar como diferencia (U_{2} = U_{\infty ,2} -
\DeltaU) entre la tensión en circuito abierto (U_{\infty ,2})
esperada para el segundo instante (t2) y la variación de tensión
(\DeltaU) determinada.
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