ES2900698A1 - Sistema de estimacion del soc de la bateria y metodo asociado - Google Patents

Abstract

Sistema de estimación del SOC de la batería que comprende, al menos, medios de medición de voltaje e intensidad; un módulo colector de corriente para recoger una corriente de carga y descarga de al menos una batería; un módulo de procesamiento, conectado al módulo colector de corriente, en el que el módulo de procesamiento obtiene una eficiencia de carga y descarga en función de los parámetros funcionales recibidos por la unidad de procesamiento de información, y una relación correspondiente con el SOC; y una batería con una CT de al menos 0,5; caracterizado porque comprende una lógica instalada en la unidad de procesamiento de información, para uso físico o telemático.

Description

DESCRIPCIÓN

SISTEMA DE ESTIMACIÓN DEL SOC DE LA BATERÍA Y MÉTODO ASOCIADO

SECTOR DE LA TÉCNICA

La presente invención se encuadra dentro de los sistemas de medición de baterías utilizadas en dispositivos con una demanda alta de energía, más concretamente los sistemas de estimación del SOC de la batería, con demanda media y/o alta de energía.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Actualmente, son conocidos los sistemas y métodos de medición del nivel de batería para dispositivos que requieran una demanda elevada de energía, como pueden ser las motocicletas, los coches, patinetes y bicicletas eléctricos. Todos ellos disponen de una unidad operativa que trabaja con la información que proporciona el dispositivo sobre diferentes parámetros, entre los cuales se encuentra el que versa sobre el nivel de batería, el cual puede proporcionar información útil de cara al usuario tanto en tiempo real, para conocer su velocidad, así como la realización de predicciones como kilómetros restantes por recorrer, minutos restantes de funcionamiento y porcentaje actual de descarga, entre otros. Esta información es fundamental para poder decidir sobre el uso que se le dará al dispositivo dependiente del nivel de carga y estimaciones diversas que se realizan una vez realizada la medición de la batería.

Comúnmente se usa el voltaje de la batería para realizar mediciones del nivel de carga, pero este no representa fielmente el nivel de batería, ya que ante las demandas de corriente el voltaje de la batería sufre una caída en su tensión que dificulta o imposibilita realizar mediciones con precisión, existiendo además alternativas más precisas que parten de la capacidad de la batería y, mediante de lecturas de voltaje e intensidad, son capaces de detectar los mAh que se consumen de forma instantánea. Desafortunadamente, la capacidad de la batería se ve reducida por el propio transcurso del tiempo, la cantidad de ciclos de uso, temperatura, corriente de carga o descarga y multitud de factores que afectan a su vida útil y la fiabilidad a la hora de realizar las lecturas de nivel de batería se ve afectada. Por estos motivos estos métodos de lectura carecen de precisión y fiabilidad en el largo plazo.

La caída de voltaje en la batería ante una demanda de corriente no se realiza de forma lineal, siendo el voltaje nominal de la batería aquel que es capaz de mantenerse más en el tiempo ante una descarga.

Actualmente los dispositivos que mayor precisión presentan son aquellos dónde la demanda de corriente es muy pequeña, ya que la caída de tensión es mínima ante una demanda de corriente y existe una relación muy directa entre voltaje y nivel de batería, pero en aquellas aplicaciones donde la demanda corriente es más elevada, también es más difícil realizar este tipo de mediciones de una forma precisa y estable a lo largo del tiempo.

En una operación habitual de descarga de la batería por su uso en condiciones normales, la batería se me sometida a demandas de corrientes, tras las cuales, la batería, posee una tasa de recuperación, es decir, que requiere un periodo de tiempo tras la descarga para volver a alcanzar un valor de voltaje estable, normalmente este período se prolonga hasta dos horas.

Pertenecen al estado de la técnica los siguientes documentos:

- CN103499793A - Método de visualización de la información de la batería, terminal de la batería, terminal de visualización y sistema.

- CN108957325A - Método y sistema de medición e indicación de cantidad eléctrica de batería.

EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

Para superar los inconvenientes del estado de la técnica arriba indicados, la invención propone un método implementado por ordenador, para obtener una representación precisa del nivel de uso restante de la batería, corrigiendo los errores que hemos detectado en el estado de la técnica. Se trata de un método para realizar mediciones del nivel de batería que comprende la realización de lecturas de voltaje y corriente consumida. Dicho voltaje de la batería se ve drásticamente afectado en función de la corriente a la cual la batería está siendo descargada, por lo que se propone un método que, basándose en lecturas del voltaje, en los bornes de la batería, contrarreste el efecto de las caídas de tensión ocurridas por la intensidad de descarga requerida en un determinado instante de tiempo.

Mediante la realización de lecturas de voltaje e intensidad durante el periodo de descarga de la batería se pretende contrarrestar el efecto de la caída de tensión ocurrida ante dicha descarga. Esta invención busca representar un método de visualización del nivel de batería que no sea vea afectado por los efectos de la caída de tensión o tasa de recuperación existente. Para ello se establecerá un método dividido en los siguientes pasos.

- Se establecerá la relación existente entre el voltaje consumido y la intensidad demandada. Dicha relación puede venir en forma lineal o curva, dónde existirá una función o expresión matemática que represente la caída de tensión en función de la corriente consumida

- Partiendo de la ecuación matemática que relaciona la caída de tensión frente a la intensidad consumida, se aplicará un sumatorio al las lecturas de voltaje de la batería. Dicho sumatorio será de la lectura de voltaje actual y de la caída de tensión ocurrida en función de la corriente.

- Mediante el sumatorio conseguiremos contrarrestar dichas caídas de tensión y obtener una representación del nivel de batería.

- La representación del nivel de batería solo podrá ser decreciente a fin de evitar la tasa de recuperación existente en la batería.

El establecimiento de dicha ecuación matemática podrá venir predefinido o actualizarse automáticamente en el entorno real adaptándose a la propia batería y al cambio de sus características en función del tiempo de vida.

Debido a que una batería recargable con el tiempo empieza a perder sus propiedades se plantea un método de actualización automático que en función de la corriente consumida actualice los valores de la caída de tensión. Este paso es necesario ya que, con el transcurso de los meses, la batería no presentará las mismas propiedades y, su caída de tensión ante la misma demanda de corriente será mayor. Además, la capacidad, temperatura de funcionamiento y características básicas de la batería también se verán afectadas.

Este método de actualización puede guardar el valor máximo de caída de tensión ante la mayor demanda de corriente de la aplicación y mediante este punto establecer una función matemática, en este caso una recta que represente la caída de voltaje en función de la corriente consumida.

También será posible la actualización automática del robot de los valores de voltaje en función de la corriente, todo esto afín de conseguir actualizar la nueva gráfica representativa en forma de línea sustancialmente recta, o curva, que represente la nueva caída de tensión en función de la corriente.

Dicho proceso de actualización no deberá de realizarse de forma recurrente ya que los cambios en las propiedades de las baterías ocurren de forma muy lenta, es decir podrá realizarse una vez por semana.

Para realizar una lectura del nivel de batería se realizan dos pasos.

- Un paso previo, y no recurrente en el procedimiento de descarga de la batería mediante su uso, que establecerá la recta o curva actual de funcionamiento de la batería robot, es decir una gráfica representativa de la caída de voltaje frente a la corriente, y será actualizado, al menos, semanalmente.

- Un segundo paso, recurrente y continuo en el procedimiento de descarga de la batería mediante su uso, que mediante lecturas de la intensidad y voltaje sea capaz de visualizar por pantalla en forma de porcentaje, minutos, o distancia por recorrer. Para este proceso se realizará el método anteriormente comentando dónde al valor real de voltaje medido en la batería se le sumará el valor de la caída de tensión obtenido en función de la corriente consumida, es decir, se obtendrá un nuevo valor que no se vea afectado por la caída de voltaje ante la demanda de corriente.

lectura de intensidad

Nivel de batería = lectura de voltaje ^{--------------------- -------------------- -— ----------------------------} pendiente de la recta

El nuevo valor representativo solo podrá ser decreciente, es por ello que solo se seleccionarán los valores de forma decreciente, ya que las baterías recargables actuales posen un índice o tasa de recuperación, en virtud de la cual, después de un periodo de consumo, tienden a recuperar su voltaje final en un amplio margen de tiempo, es decir, el voltaje final tras una descarga de corriente no aparecerá de forma inmediata y esta tasa de recuperación puede generar valores o información confusa de cara a la medición, visualización y/o entendimiento del nivel de batería por parte del usuario.

Las ventajas asociadas a la invención son precisión, fiabilidad y facilidad de comprensión de los datos obtenidos, mostrados o visualizados por el usuario del producto o aplicación. Es por ello por lo que las ventajas aportadas por esta invención son de cara a proporcionar al usuario información útil o para que el robot, aplicación o sistema pueda basarse en este dato del nivel de batería para realizar mejor sus tareas o aplicar diversas funcionalidades enfocadas al uso de la batería. Gracias a este método el usuario es conocedor en todo momento del nivel de batería restante. De la misma forma con este método se podría calcular los kilómetros restantes por recorrer, ya que este método proporciona una forma fiable y precisa de representar y calcular el nivel de batería.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

Figura 1.- Muestra una gráfica representando el comportamiento del voltaje frente a la intensidad.

Figura 2.- Muestra una gráfica de una recta real de comportamiento de la batería. Figura 3.- Muestra una gráfica con el voltaje real de la batería.

Figura 4.- Muestra una gráfica de representación del nivel de batería.

Figura 5.- Representa una gráfica del comportamiento de la batería.

Figura 6.- Muestra una gráfica de caída de voltaje frente a la intensidad.

Figura 7.-Muestra una gráfica de un ciclo de descarga de la batería en un entorno real. Figura 8.- Muestra una gráfica con el voltaje real de la batería.

Figura 9.- Muestra una gráfica con el porcentaje de descarga escalado de la batería.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

En la siguiente descripción detallada de las realizaciones preferentes, se hace referencia a los dibujos adjuntos que forman parte de esta memoria descriptiva, y en los que se muestran, a modo de ilustración y entre otras, realizaciones preferentes específicas en las que la invención puede llevarse a cabo. Estas realizaciones se describen con el suficiente detalle como para permitir que los expertos en la materia lleven a cabo la invención, y se entiende que pueden utilizarse otras realizaciones y que pueden realizarse cambios lógicos estructurales, mecánicos, eléctricos y/o químicos sin apartarse del alcance de la invención. Para evitar detalles no necesarios para permitir llevar a cabo la descripción detallada no debe, por tanto, tomarse en un sentido limitativo.

En una realización preferente, la invención presenta un Sistema de estimación del SOC de la batería que comprende, al menos, medios de medición de voltaje e intensidad; un módulo colector de corriente para recoger una corriente de carga y descarga de al menos una batería; un módulo de procesamiento, conectado al módulo colector de corriente, en el que el módulo de procesamiento obtiene una eficiencia de carga y descarga en función de los parámetros funcionales recibidos por la unidad de procesamiento de información, y una relación correspondiente con el SOC; y una batería con una CT de al menos 0,5; y el cual comprende una lógica instalada en la unidad de procesamiento de información, para uso físico o telemático, con al menos, el siguiente método implementado por ordenador: El sistema elabora una gráfica vital previa, dependiendo del estado real de la batería, que representa el comportamiento de la batería, caída de tensión frente a intensidad consumida, a lo largo del ciclo de descarga de la batería y los datos de archivo; La gráfica vital se actualizará, al menos, una vez por semana. El sistema elabora una gráfica real, activando los sensores de voltaje e intensidad, realizando una lectura a tiempo real, al menos cada milisegundo, y registra los datos; El sistema realiza una gráfica comparativa, entre la gráfica vital y la gráfica real, aplicando un sumatorio a las lecturas de voltaje, y contrarrestando cada caída de tensión medida.

En otra realización preferente, la invención presenta un Scooter eléctrico que comprende al menos una batería. Se desea visualizar el porcentaje real del nivel de batería y mostrarlo por pantalla al usuario para que sea consciente de su nivel de batería. Para la batería de este scooter se ha definido previamente una ecuación que representa la caída de tensión en bornes de batería frente a la intensidad consumida. Esta ecuación representa la respuesta de la batería frente a los cambios de intensidad y se utilizará automáticamente para contrarrestar las caídas de tensión de la batería. Para este ejemplo vamos a utilizar datos reales de un scooter eléctrico durante un uso completo de su batería. El scooter ejecutará una lectura de los datos de tensión e intensidad cada 5 milisegundos en bornes de la batería. Para visualizar el nivel de batería la controladora del scooter procesa automáticamente los datos obtenidos y genera una representación del nivel de batería aplicando una suma de la ecuación de la recta real del comportamiento de la batería al voltaje actual. Solo se representarán los datos de forma decreciente para evitar la tasa de recuperación de la batería.

Claims (6)

REIVINDICACIONES

1. Sistema de estimación del SOC de la batería que comprende, al menos, - medios de medición de voltaje e intensidad;

un módulo colector de corriente para recoger una corriente de carga y descarga de al menos una batería;

- un módulo de procesamiento, conectado al módulo colector de corriente, en el que el módulo de procesamiento obtiene una eficiencia de carga y descarga en función de los parámetros funcionales recibidos por la unidad de procesamiento de información, y una relación correspondiente con el SOC; y - una batería con una CT de al menos 0,5;

Caracterizado porque comprende una lógica instalada en la unidad de procesamiento de información, para uso físico o telemático, con al menos, el siguiente método implementado por ordenador:

- El sistema elabora una gráfica vital previa, dependiendo del estado real de la batería, que representa el comportamiento de la batería, caída de tensión frente a intensidad consumida, a lo largo del ciclo de descarga de la batería y los datos de archivo;

- La gráfica vital se actualizará, al menos, una vez por semana.

- El sistema elabora una gráfica real, activando los sensores de voltaje e intensidad, realizando una lectura a tiempo real, al menos cada milisegundo, y registra los datos;

- El sistema realiza una gráfica comparativa, entre la gráfica vital y la gráfica real, aplicando un sumatorio a las lecturas de voltaje, y contrarrestando cada caída de tensión medida;

2. Sistema de estimación de SOC de batería de la reivindicación 1, en el que dicho módulo de procesamiento es un microprocesador, y en el que dicho sistema de estimación de SOC de batería comprende además un módulo de visualización acoplado a dicho módulo de procesamiento para visualizar dicho valor de corriente de SOC.

3. El sistema de estimación del SOC de la batería según la reivindicación 1, en el que el sistema de estimación del SOC de la batería comprende además un módulo de adquisición de voltaje para adquirir un voltaje en tiempo real de la batería y el módulo de almacenamiento almacena un voltaje y la relación correspondiente de SOC, el módulo de procesamiento obtiene un coeficiente de corrección SOC, de acuerdo con el voltaje en tiempo real y una relación correspondiente entre el voltaje y el SOC, y el módulo de procesamiento calcula un valor actual del SOC de la batería.

4. Sistema de estimación de SOC de batería según la reivindicación 1, en el que dicho SOC 0 es del 100% cuando dicha batería o paquete de baterías está completamente cargado, y del 0% cuando dicha batería o paquete de baterías está vacío.

5. Sistema de estimación de SOC de batería según la reivindicación 1, en el que el sistema de estimación de SOC de batería incluye además un módulo de almacenamiento acoplado al módulo de procesamiento para almacenar una correspondencia entre la corriente de carga y descarga y el SOC.

6. Sistema de estimación del SOC de la batería según reivindicaciones anteriores, en el que el sistema de estimación del SOC de la batería comprende además un módulo de adquisición de temperatura, acoplado al módulo de procesamiento, para adquirir una temperatura actual de la al menos batería, el módulo de almacenamiento almacena una correspondencia entre el SOC y la temperatura de la batería y el módulo de procesamiento calcula la temperatura de acuerdo con la correspondencia entre la temperatura actual y la temperatura del SOC y la batería.

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