ES3030663T3 - Apparatus and method for diagnosing battery - Google Patents

Apparatus and method for diagnosing battery

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ES3030663T3
ES3030663T3 ES21803824T ES21803824T ES3030663T3 ES 3030663 T3 ES3030663 T3 ES 3030663T3 ES 21803824 T ES21803824 T ES 21803824T ES 21803824 T ES21803824 T ES 21803824T ES 3030663 T3 ES3030663 T3 ES 3030663T3
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Young Jin Kim
Won Tae Joe
Bom Jin Lee
Bo Mi Lim
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Abstract

La presente invención proporciona un dispositivo para medir el voltaje de las celdas de batería, diagnosticando así si se ha producido un error en ellas. La presente invención incluye un circuito de medición de voltaje, un circuito de procesamiento de datos y un circuito de diagnóstico. El circuito de medición de voltaje mide el voltaje de una celda de batería. El circuito de procesamiento de datos calcula un valor estadístico objetivo que indica el estado de la celda de batería basándose en el voltaje medido por el circuito de medición de voltaje y calcula un valor estadístico acumulativo acumulando los valores estadísticos objetivo de la celda de batería durante un período de análisis. El circuito de diagnóstico determina si se ha producido un error en una celda de batería mediante una operación de determinación de acumulación que compara el valor estadístico acumulativo con un valor de referencia acumulativo y contabiliza el número de errores acumulados cuando se determina, durante la operación de determinación de acumulación, que se ha producido un error en la celda de batería. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Aparato y método para diagnóstico de batería
Sector de la técnica
Sector de la técnica
La presente invención se refiere a un aparato para diagnosticar una batería, y más particularmente, a un aparato para diagnosticar si se ha producido o no un error en las celdas de batería midiendo una tensión de cada una de las celdas de batería.
Antecedentes de la invención
Recientemente, se está llevando a cabo activamente la investigación y el desarrollo de una batería secundaria. En este punto, la batería secundaria es una batería que puede cargarse y descargarse, e incluye todas las baterías convencionales de Ni/Cd, baterías de Ni/MH, etc. y una batería de iones de litio reciente. Entre las baterías secundarias, la batería de iones de litio tiene la ventaja de tener una densidad de energía mucho mayor en comparación con la batería convencional de Ni/Cd, la batería de Ni/MH, etc. La batería de iones de litio se puede fabricar en un tamaño pequeño y peso ligero, y por lo tanto se usa como fuente de energía para un dispositivo móvil. En particular, la batería de iones de litio se puede utilizar como fuente de energía para un vehículo eléctrico y, por lo tanto, atrae la atención como medio de almacenamiento de energía de próxima generación, ya que su rango de uso se ha ampliado a una fuente de energía para un vehículo eléctrico.
Además, la batería secundaria se usa generalmente como un paquete de baterías que incluye un módulo de batería en el que se conectan una pluralidad de celdas de batería en serie y/o en paralelo. El estado y el funcionamiento del paquete de baterías se gestionan y controlan mediante un sistema de gestión de baterías. Las celdas de batería se cargan recibiendo energía desde el exterior.
Las celdas de batería cargadas proporcionan energía a diversos dispositivos y/o circuitos conectados al paquete de baterías. Cuando la celda de la batería falla, no se suministra energía apropiadamente a diversos dispositivos y/o circuitos y, por lo tanto, se puede producir un accidente fatal. Por lo tanto, es importante monitorizar las celdas de batería para diagnosticar si se ha producido o no un error en las celdas de batería. Además, para un diagnóstico preciso surge el problema de qué criterios diagnósticos y qué método diagnóstico usar. El documento EP1096636 A2 se refiere a un aparato de control de paquete de baterías para controlar la entrada o salida de un paquete de baterías. El paquete de baterías incluye una pluralidad de bloques en conexión en serie. Cada uno de la pluralidad de bloques incluye una pluralidad de baterías en conexión en serie. El aparato de control de paquete de baterías incluye: una sección de entrada/salida de energía de batería para controlar la entrada y salida de energía de batería hacia y desde el paquete de baterías; una sección de detección de tensión de bloque para detectar una tensión de bloque de cada uno de la pluralidad de bloques; una sección de detección de corriente de batería para detectar una corriente de batería del paquete de baterías; una sección de detección de calentamiento inusual para detectar un calentamiento inusual de al menos una de la pluralidad de baterías basándose en la tensión de bloque y la corriente de batería; y una sección de control de vehículo para controlar la sección de entrada/salida de energía de batería basándose en los resultados de la detección de calentamiento inusual por la sección de detección de calentamiento inusual. La sección de detección de calentamiento inusual incluye una sección de cálculo de resistencia interna para calcular una resistencia interna de cada uno de la pluralidad de bloques basándose en la tensión de bloque y la corriente de batería. La sección de detección de calentamiento inusual detecta un calentamiento inusual de al menos una de la pluralidad de baterías basándose en la resistencia interna de cada uno de la pluralidad de bloques y un valor de umbral predeterminado.
Explicación de la invención
Problema técnico
La presente invención tiene por objeto resolver el problema técnico descrito anteriormente, y un objeto de la misma es proporcionar un aparato para diagnosticar una batería que determina si se ha producido o no un error en una celda de batería basándose en una tendencia de tensión de celdas de batería y finalmente determina si la celda de batería es defectuosa o no acumulando valores medidos de la celda de batería.
Solución técnica
Los aspectos de la invención proporcionan aparatos de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2 y métodos de acuerdo con las reivindicaciones 12 o 13.
Efectos ventajosos
De acuerdo con la presente invención, es posible determinar si se ha producido o no un error en una celda de batería a través de una determinación absoluta, una determinación relativa y una determinación acumulativa. De acuerdo con la presente invención, es posible determinar con mayor precisión si la celda de batería es defectuosa o no sintetizando los resultados de la determinación absoluta, la determinación relativa y la determinación acumulativa.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 es un diagrama de bloques que ilustra una configuración de un sistema de control de batería;
La Figura 2 es un diagrama de bloques que ilustra una configuración de un paquete de baterías 10 que incluye un aparato para diagnosticar una batería de la presente invención;
La Figura 3 es un diagrama de flujo para describir una operación de un sistema de gestión de batería de la Figura 2 ;
La Figura 4 es un diagrama de flujo para describir una primera operación de determinación absoluta del sistema de gestión de batería de la Figura 2;
La Figura 5 es un diagrama de flujo para describir una operación de preprocesamiento de datos de un circuito de procesamiento de datos de la Figura 2;
La Figura 6a es un diagrama que ilustra un método para realizar muestreo para eliminar señales redundantes de datos de tensión de batería;
La Figura 6b es un gráfico que ilustra los resultados obtenidos al realizar un preprocesamiento en los datos de tensión de batería a través de muestreo y una curva tipo spline de suavizado;
La Figura 6c es un gráfico que ilustra un perfil diferencial de los datos de tensión de batería para cada etapa de preprocesamiento;
La Figura 6d ilustra un histograma de señales diferenciales para cada ciclo de carga de una batería;
La Figura 6e ilustra un gráfico que ilustra una desviación típica para cada ciclo de carga de la batería;
La Figura 6f es un gráfico que describe ilustrativamente un ejemplo de diagnóstico de una anomalía en una batería a través de una desviación típica de la señal diferencial en el aparato para diagnosticar la batería de acuerdo con la realización de la presente invención;
La Figura 7 es un diagrama de flujo para describir una segunda operación de determinación absoluta del sistema de gestión de batería de la Figura 2;
La Figura 8a ilustra un cambio de tensión cuando se produce una caída de tensión debido a un cortocircuito interno de una celda de batería a través de toda la sección;
La Figura 8b es un diagrama que ilustra un cambio de tensión cuando se produce temporalmente la caída de tensión debido al cortocircuito interno de la celda de batería;
La Figura 8c es un gráfico que ilustra una tensión de descanso real durante aproximadamente 10 minutos después de cargar la batería, una tensión de acuerdo con una ecuación de ajuste y un valor de diferencia entre ellas; La Figura 8d ilustra un resultado de la detección, por el aparato para diagnosticar una batería de acuerdo con una realización de la presente invención, de que la caída de tensión debido al cortocircuito interno de la celda de batería que se produce a través de toda la sección;
La Figura 8e ilustra un resultado de la detección de que la caída de tensión debido al cortocircuito interno de la celda de batería se produce temporalmente;
La Figura 9 es un diagrama de flujo para describir una operación de determinación relativa del sistema de gestión de batería de la Figura 2;
La Figura 10a es un gráfico que ilustra una distribución de los primeros valores estadísticos de las celdas de batería;
La Figura 10b es un gráfico que ilustra el número de veces de error relativo de las celdas de batería;
La Figura 11 es un diagrama de flujo para describir una operación de determinación acumulativa del sistema de gestión de batería de la Figura 2; y
La Figura 12 es un diagrama que ilustra una configuración de hardware del aparato para diagnosticar una batería de acuerdo con una realización de la presente invención.
Realización preferente de la invención
A continuación en lo sucesivo, se describirán de forma clara y detallada realizaciones de la presente invención en la medida en que los expertos en la materia puedan implementar fácilmente la presente invención.
La Figura 1 es un diagrama de bloques que ilustra una configuración de un sistema de control de batería.
Haciendo referencia a la Figura 1, se ilustra esquemáticamente un sistema de gestión de batería que incluye un paquete de baterías 1 y un controlador de nivel superior 2 incluido en un sistema de nivel superior de acuerdo con una realización de la presente invención.
Como se ilustra en la Figura 1, el paquete de baterías 1 incluye un módulo de batería 11 compuesto de una o más celdas de batería y que puede cargarse y descargarse, una unidad de conmutación 14 conectada en serie a un lado del terminal positivo o un lado del terminal negativo del módulo de batería 11 para controlar un flujo de corriente de carga y descarga del módulo de batería 11 , y un sistema de gestión de batería 20 que monitoriza una tensión, corriente, temperatura, etc. del paquete de baterías 1 para controlar y gestionar el módulo de batería para evitar la sobrecarga, sobredescarga, etc.
En este punto, la unidad de conmutación 14 es un elemento de conmutación para controlar un flujo de corriente para cargar o descargar el módulo de batería 11 y, por ejemplo, se puede usar un elemento de conmutación de semiconductores tal como al menos un MOSFET o un relé.
Además, el sistema de gestión de batería 20 puede monitorizar la tensión, la corriente, la temperatura, etc. del paquete de baterías 1 , y puede medir la corriente, la tensión, la temperatura, etc. del paquete de baterías usando un sensor 12 provisto adyacente al elemento de conmutación de semiconductor 14. El sistema de gestión de batería 20 es una interfaz que recibe valores obtenidos midiendo diversos parámetros descritos anteriormente, y puede incluir una pluralidad de terminales y un circuito conectado a estos terminales para realizar el procesamiento de los valores de entrada.
Además, el sistema de gestión de batería 20 puede controlar el ENCENDIDO/APAGADO del elemento de conmutación 14, por ejemplo, un MOSFET, y puede estar conectado al módulo de batería 11 para monitorizar el estado del módulo de batería 11.
El controlador de nivel superior 2 puede transmitir una señal de control para el módulo de batería 11 al sistema de gestión de batería 20. En consecuencia, una operación del sistema de gestión de batería 20 puede controlarse basándose en una señal aplicada desde el controlador de nivel superior 2. La celda de batería de la presente invención puede configurarse para incluirse en un paquete de baterías usado en un sistema de almacenamiento de energía (ESS) o un vehículo, etc. Sin embargo, la celda de batería no está limitada a estos usos.
Dado que la configuración del paquete de baterías 1 y la configuración del sistema de gestión de batería 20 son configuraciones conocidas, se omitirá una descripción más detallada de las mismas.
La Figura 2 es un diagrama de bloques que ilustra la configuración del paquete de baterías 10 que incluye el aparato para diagnosticar una batería de la presente invención. Un módulo de batería 100 y un sistema de gestión de batería 200 de la Figura 2 pueden corresponder al módulo de batería 11 y al sistema de gestión de batería 20 de la Figura 1.
El paquete de baterías 10 puede incluir el módulo de batería 100 y el sistema de gestión de batería 200. El "aparato para diagnosticar una batería" de la presente invención puede ser un aparato que incluye algunos o todos los componentes del sistema de gestión de batería 200. El "aparato para diagnosticar una batería" de acuerdo con la invención incluye un circuito de medición de tensión 210 , un circuito de procesamiento de datos 220, un circuito de diagnóstico 230 y puede incluir una memoria 240.
El módulo de batería 100 puede incluir una pluralidad de celdas de batería B1 a BN. La pluralidad de celdas de batería B1 a BN pueden configurarse para conectarse en serie y/o en paralelo. Haciendo referencia a la Figura 2, el paquete de baterías 1 se ilustra incluyendo un módulo de batería 100, pero la presente invención no está limitada a lo mismo, y el paquete de baterías 10 puede incluir uno o más módulos de batería.
En una sección de carga, el módulo de batería 100 puede recibir energía desde una fuente de alimentación (no ilustrada). En la sección de carga, las tensiones en ambos extremos de cada una de las celdas de batería B1 a BN pueden aumentar. En las siguientes descripciones, "tensión de una celda de batería" significa "tensión entre ambos extremos de una celda de batería". En una sección de descarga, el módulo de batería 100 puede suministrar energía a dispositivos y/o circuitos externos. Puede haber una sección de descanso entre la sección de carga y la sección de descarga. En la sección de descanso, el módulo de batería 100 puede detener una operación de recepción de energía o de suministro de energía. Por lo tanto, en un caso ideal, en la sección de descanso, la tensión del módulo de batería 100 se mantiene constante. Cuando el módulo de batería 100 está incluido en el vehículo eléctrico, los dispositivos y/o circuitos externos pueden ser un motor, una unidad de control de potencia (PCU), un inversor, etc.
Debido a un cortocircuito interno o un cortocircuito externo de la celda de batería, se puede detectar un fenómeno de caída de tensión anormal en la celda de batería. El fenómeno de caída de tensión anormal significa que la tensión de la celda de batería disminuye anormalmente en la sección de carga, la sección de descarga y/o la sección de descanso. El sistema de gestión de batería 200 de la presente invención puede monitorizar las celdas de batería B1 a BN para determinar si se ha producido o no el fenómeno de caída de tensión anormal en las celdas de batería B1 a BN.
El sistema de gestión de batería 200 puede incluir el circuito de medición de tensión 210, el circuito de procesamiento de datos 220, el circuito de diagnóstico 230 y la memoria 240. El sistema de gestión de batería 200 puede determinar con mayor precisión si se ha producido o no el fenómeno de caída de tensión anormal en las celdas de batería B1 a BN a través de una operación de determinación absoluta, una operación de determinación relativa y una operación de determinación acumulativa. En las siguientes descripciones, comprobar si el error se ha producido o no en la celda de batería B1 significa comprobar si el fenómeno de caída de tensión anormal se produce o no en la celda de batería B1. Además, en las siguientes descripciones, para facilitar la descripción, se describe de manera intensa un método para inspeccionar, mediante el sistema de gestión de batería 200, la celda de batería B1. El sistema de gestión de batería 200 también puede inspeccionar las celdas de batería restantes B2 a BN de la misma manera que el método para inspeccionar la celda de batería B1.
En primer lugar, se describe cómo el sistema de gestión de batería 200 realiza un método para que el sistema de gestión de batería 200 realice una operación de determinación absoluta. La operación de determinación absoluta realizada en la sección de carga y la sección de descarga puede ser diferente de la operación de determinación absoluta realizada en la sección de descanso. En las siguientes descripciones, la operación de determinación absoluta realizada en la sección de carga y la sección de descarga se expresa como una primera operación de determinación absoluta. La operación de determinación absoluta realizada en la sección de descanso se expresa como una segunda operación de determinación absoluta.
A continuación se describe una primera operación de determinación absoluta. El circuito de medición de tensión 210 puede medir una tensión de la celda de batería B1 en la sección de carga y en la sección de descarga. El circuito de medición de tensión 210 puede enviar datos de tensión para la tensión medida al circuito de procesamiento de datos 220.
El circuito de procesamiento de datos 220 puede procesar los datos de tensión recibidos del circuito de medición de tensión 210 para calcular un primer valor estadístico. Por ejemplo, el primer valor estadístico puede ser un valor obtenido al diferenciar la capacitancia de la celda de batería B1 con respecto a la tensión. Para calcular el primer valor estadístico, el sistema de gestión de batería 200 puede medir la capacitancia de la celda de batería B1. El primer valor estadístico se describirá en detalle con referencia a las Figuras 4 a 6f.
El circuito de diagnóstico 230 puede recibir información acerca del primer valor estadístico. El circuito de diagnóstico 230 puede comparar el primer valor estadístico con un primer valor de referencia absoluto. El primer valor de referencia absoluto puede ser un valor establecido por un usuario. Sin embargo, la presente invención no está limitada a esto, y el primer valor de referencia absoluto puede ser un valor determinado basándose en el estado de la celda de batería B1, tal como la temperatura de la celda de batería B1 y el SOC de la celda de batería B1. El circuito de diagnóstico 230 puede determinar que se ha producido un error en la celda de batería B1 cuando el primer valor estadístico es igual o mayor que el primer valor de referencia absoluto.
A continuación se describe una segunda operación de determinación absoluta. El circuito de medición de tensión 210 puede medir la tensión de la celda de batería B1 en la sección de descanso. El circuito de medición de tensión 210 puede enviar datos de tensión para la tensión medida al circuito de procesamiento de datos 220.
El circuito de procesamiento de datos 220 puede procesar los datos de tensión recibidos del circuito de medición de tensión 210 para calcular un segundo valor estadístico. El segundo valor estadístico puede ser un valor calculado sustituyendo los datos de tensión en una ecuación de ajuste de tensión. El segundo valor estadístico se describirá en detalle con referencia a las Figuras 7 a 8e.
El circuito de diagnóstico 230 puede recibir información acerca del segundo valor estadístico. El circuito de diagnóstico 230 puede comparar el segundo valor estadístico con un segundo valor de referencia absoluto. El segundo valor de referencia absoluto puede ser un valor establecido por el usuario. Sin embargo, la presente invención no está limitada a esto, y el segundo valor de referencia absoluto puede ser un valor determinado basándose en el estado de la celda de batería B1, tal como la temperatura de la celda de batería B1 y el SOC de la celda de batería B1. El circuito de diagnóstico 230 puede determinar que se ha producido un error en la celda de batería B1 cuando el segundo valor estadístico es igual o mayor que el segundo valor de referencia absoluto.
En segundo lugar, se describe un método para realizar, por el sistema de gestión de batería 200, una operación de determinación relativa. La operación de determinación relativa realizada en la sección de carga y la sección de descarga puede ser diferente de la operación de determinación relativa realizada en la sección de descanso. En las siguientes descripciones, la operación de determinación relativa realizada en la sección de carga y la sección de descarga se expresa como una primera operación de determinación relativa. La operación de determinación relativa realizada en la sección de descanso se expresa como una segunda operación de determinación relativa.
A continuación en el presente documento, se describe la primera operación de determinación relativa. El circuito de medición de tensión 210 puede medir la tensión de cada una de las celdas de batería B1 a BN en la sección de carga y la sección de descarga. El circuito de medición de tensión 210 puede enviar datos de tensión para las tensiones medidas al circuito de procesamiento de datos 220.
El circuito de procesamiento de datos 220 puede procesar los datos de tensión recibidos del circuito de medición de tensión 210 para calcular un primer valor de referencia relativo. Específicamente, el circuito de procesamiento de datos 220 puede calcular los primeros valores estadísticos de las celdas de batería B1 a BN de la misma manera que el método de cálculo del primer valor estadístico de la celda de batería B1 en la operación de determinación absoluta. El circuito de procesamiento de datos 220 puede determinar el primer valor de referencia relativo basándose en un valor sigma 'n' de los primeros valores estadísticos de las celdas de batería B1 a BN. En este punto, 'n' puede ser un número positivo. A modo de ejemplo, el primer valor de referencia relativo puede ser un valor 3 de los primeros valores estadísticos.
El circuito de diagnóstico 230 puede recibir información acerca del primer valor estadístico y el primer valor de referencia relativo de la celda de batería B1. El circuito de diagnóstico 230 puede comparar el primer valor estadístico con el primer valor de referencia relativo. El circuito de diagnóstico 230 puede determinar que se ha producido un error en la celda de batería B1 cuando el primer valor estadístico es igual o mayor que el primer valor de referencia relativo.
A continuación se describe una segunda operación de determinación relativa. El circuito de medición de tensión 210 puede medir la tensión de cada una de las celdas de batería B1 a BN en la sección de descanso. El circuito de medición de tensión 210 puede enviar datos de tensión para las tensiones medidas al circuito de procesamiento de datos 220.
El circuito de procesamiento de datos 220 puede procesar los datos de tensión recibidos del circuito de medición de tensión 210 para calcular un segundo valor de referencia relativo. Específicamente, el circuito de procesamiento de datos 220 puede calcular los segundos valores estadísticos de las celdas de batería B1 a BN de la misma manera que el método de cálculo del segundo valor estadístico de la celda de batería B1 en la operación de determinación absoluta. El circuito de procesamiento de datos 220 puede determinar el segundo valor de referencia relativo basándose en un valor sigma 'k' de los segundos valores estadísticos de las celdas de batería B1 a BN. En este punto, 'k' puede ser un número positivo. A modo de ejemplo, el segundo valor de referencia relativo puede ser un valor sigma 3 de los segundos valores estadísticos.
El circuito de diagnóstico 230 puede recibir información acerca del segundo valor estadístico y el segundo valor de referencia relativo de la celda de batería B1. El circuito de diagnóstico 230 puede comparar el segundo valor estadístico con el segundo valor de referencia relativo. El circuito de diagnóstico 230 puede determinar que se ha producido un error en la celda de batería B1 cuando el segundo valor estadístico es igual o mayor que el segundo valor de referencia relativo.
A continuación, se describe un método para realizar, por el sistema de gestión de batería 200, una operación de determinación acumulativa. El sistema de gestión de batería 200 puede realizar la operación de determinación absoluta y la operación de determinación relativa en cada ciclo fijo durante el período de análisis. Usando los datos generados en la operación de determinación absoluta y la operación de determinación relativa, el sistema de gestión de batería 200 puede realizar la operación de determinación acumulativa.
El circuito de procesamiento de datos 220 puede calcular un valor estadístico acumulativo acumulando valores estadísticos relacionados con la tensión de la celda de batería B1. Por ejemplo, el circuito de procesamiento de datos 220 puede calcular el valor estadístico acumulativo acumulando todos los valores estadísticos calculados durante el período de análisis. Como otro ejemplo, el circuito de procesamiento de datos 220 puede calcular el valor estadístico acumulativo seleccionando algunos de los valores estadísticos calculados durante el período de análisis y acumulando los valores estadísticos seleccionados. Específicamente, el circuito de procesamiento de datos 220 puede calcular el valor estadístico acumulativo acumulando valores estadísticos obtenidos en una zona de tiempo específica durante el período de análisis.
El circuito de procesamiento de datos 220 puede calcular el valor de referencia acumulativo acumulando valores de referencia relativos de una manera similar a la forma en que se calcula el valor estadístico acumulativo. Sin embargo, la presente invención no está limitada a lo mismo, y el circuito de procesamiento de datos 220 puede calcular el valor de referencia acumulativo basándose en el valor de referencia absoluto. Además, el valor de referencia acumulativo puede ser un valor establecido por un usuario.
El circuito de diagnóstico 230 puede recibir información acerca del valor estadístico acumulativo y el valor de referencia acumulativo. El circuito de diagnóstico 230 puede comparar el valor estadístico acumulativo con el valor de referencia acumulativo. El circuito de diagnóstico 230 puede determinar que se ha producido un error en la celda de batería B1 cuando el valor estadístico acumulativo es igual o mayor que el valor de referencia acumulativo.
Es decir, la operación de determinación acumulativa significa una operación de determinación de realizar una operación de comparación usando valores (por ejemplo, valor estadístico acumulativo, valor de referencia acumulativo) obtenidos acumulando y sumando valores de datos (por ejemplo, valor estadístico, valor de referencia relativo) para la operación de determinación relativa durante un período específico, o realizar una operación de comparación usando valores (por ejemplo, valor estadístico acumulativo, valor de referencia acumulativo) obtenidos acumulando y sumando valores de datos (por ejemplo, valor estadístico, valor de referencia relativo) para la operación de determinación absoluta durante un período específico.
El circuito de procesamiento de datos 220 y el circuito de diagnóstico 230 pueden realizar una primera operación de determinación acumulativa acumulando el primer valor estadístico de la celda de batería B1, o realizar una segunda operación de determinación acumulativa acumulando el segundo valor estadístico de la celda de batería B1. Además, la presente invención no se limita a lo mismo, y el circuito de procesamiento de datos 220 y el circuito de diagnóstico 230 pueden realizar tanto la primera operación de determinación acumulativa como la segunda operación de determinación acumulativa.
El circuito de diagnóstico 230 puede realizar repetidamente la operación de determinación absoluta, la operación de determinación relativa y la operación de determinación acumulativa. El circuito de diagnóstico 230 puede contar el número de veces de error absoluto en el que se determina que se ha producido un error en la celda de batería B1 en la operación de determinación absoluta. El circuito de diagnóstico 230 puede contar el número de veces de error relativo en el que se determina que se ha producido el error en la celda de batería B1 en la operación de determinación relativa. El circuito de diagnóstico 230 puede contar el número de veces de error acumulativo en el que se determina que se ha producido el error en la celda de batería B1 en la operación de determinación acumulativa.
El circuito de diagnóstico 230 puede determinar finalmente si la celda de batería B1 está defectuosa o no basándose en el número de veces de error absoluto, el número de veces de error relativo y el número de veces de error acumulativo. Por ejemplo, el circuito de diagnóstico 230 puede determinar que la celda de batería B1 está defectuosa cuando el número de veces de error absoluto, el número de veces de error relativo y el número de veces de error acumulativo de la celda de batería B1 son iguales o mayores que el primer número de veces, el segundo número de veces y el tercer número de veces, respectivamente. El primer número de veces, el segundo número de veces y el tercer número de veces pueden ser valores establecidos por el usuario. Además, el primer número de veces, el segundo número de veces y el tercer número de veces se pueden determinar basándose en el número de veces de error absoluto, el número de veces de error relativo y el número de veces de error acumulativo de las celdas de batería B1 a BN, respectivamente. Por ejemplo, el primer número de veces puede ser el número de veces de error absoluto correspondiente al 2 % superior entre el número de veces de error absoluto de las celdas de batería B1 a BN.
La memoria 240 puede almacenar datos necesarios para la operación de determinación absoluta, la operación de determinación relativa y la operación de determinación acumulativa. Además, la memoria 240 puede almacenar datos generados por el circuito de procesamiento de datos 220 y el circuito de diagnóstico 230. Específicamente, la memoria 240 puede almacenar datos relacionados con el valor estadístico, el valor estadístico acumulativo, el número de veces de error absoluto, el número de veces de error relativo y el número de veces de error acumulativo. Cuando se determina que la celda de batería B1 está defectuosa, la memoria 240 puede almacenar información acerca de la celda de batería B1, información acerca de un defecto producido en la celda de batería B1, etc.
La Figura 3 es un diagrama de flujo para describir la operación del sistema de gestión de batería de la Figura 2.
Haciendo referencia a la Figura 3, se describe un método para determinar, por el sistema de gestión de batería 200, si la celda de batería B1 es defectuosa o no a través de la operación de determinación absoluta, la operación de determinación relativa y la operación de determinación acumulativa por el sistema de gestión de batería 200 de la Figura 2. En la descripción con referencia a la Figura 3, el hecho de que el sistema de gestión de batería 200 realice la operación de determinación absoluta significa que realiza la primera operación de determinación absoluta y/o la segunda operación de determinación absoluta. El hecho de que el sistema de gestión de batería 200 realice la operación de determinación relativa significa que realiza la primera operación de determinación relativa y/o la segunda operación de determinación relativa. Además, el hecho de que el sistema de gestión de batería 200 realice la operación de determinación acumulativa significa que realiza la primera operación de determinación acumulativa y/o la segunda operación de determinación acumulativa.
En la operación S110, el sistema de gestión de batería 200 puede medir la tensión de cada una de las celdas de batería B1 a BN.
En la operación S120, el sistema de gestión de batería 200 puede generar datos para la operación de determinación absoluta, la operación de determinación relativa y la operación de determinación acumulativa basándose en las tensiones medidas. Específicamente, el sistema de gestión de batería 200 puede calcular el valor estadístico, el valor estadístico acumulativo, etc. de la celda de batería B1 basándose en las tensiones medidas, y puede calcular el valor de referencia relativo, el valor de referencia acumulativo, etc.
En la operación S130, el sistema de gestión de batería 200 puede realizar la operación de determinación absoluta. El sistema de gestión de batería 200 puede comparar el valor estadístico de la celda de batería B1 con el valor de referencia absoluto. Cuando el valor estadístico de la celda de batería B1 es igual o mayor que el valor de referencia absoluto, el sistema de gestión de batería 200 puede aumentar el número de veces del error absoluto en uno.
En la operación S140, el sistema de gestión de batería 200 puede realizar la operación de determinación relativa. El sistema de gestión de batería 200 puede comparar el valor estadístico de la celda de batería B1 con el valor de referencia relativo. Cuando el valor estadístico de la celda de batería B1 es igual o mayor que el valor de referencia relativo, el sistema de gestión de batería 200 puede aumentar el número de veces del error relativo en uno.
En la operación S150, el sistema de gestión de batería 200 puede realizar la operación de determinación acumulativa. El sistema de gestión de batería 200 puede comparar el valor estadístico acumulativo de la celda de batería B1 con el valor de referencia relativo. Cuando el valor estadístico acumulado de la celda de batería B1 es igual o mayor que el valor de referencia acumulativo, el sistema de gestión de batería 200 puede aumentar el número de veces del error acumulativo en uno.
En la operación S160, el sistema de gestión de batería 200 puede determinar si el número de veces de error absoluto, el número de veces de error relativo y el número de veces de error acumulativo satisfacen o no una condición. Como se describe con referencia a la Figura 2, la condición puede ser determinar si el número de veces de error absoluto, el número de veces de error relativo y el número de errores acumulados son iguales o mayores que el primer número de veces, el segundo número de veces y el tercer número de veces, respectivamente. Satisfacer la condición puede significar que el número de errores (el número de veces de error absoluto, el número de veces de error relativo y el número de errores acumulados) deben ser respectivamente iguales o mayores que el número de veces correspondiente (el primer número de veces, el segundo número de veces y el tercer número de veces), pero no está limitada a esto. Satisfacer la condición puede ser suficiente cuando al menos uno de los números de errores (por ejemplo, el número de veces del error acumulativo) es igual o mayor que el número de veces correspondiente (el tercer número de veces). Como alternativa, satisfacer la condición puede significar que la suma de algunos de los números de errores (por ejemplo, la suma del número de veces del error absoluto y el número de veces del error relativo) es igual o mayor que la suma de los números de veces correspondientes (suma del primer número de veces y el segundo número de veces), y el resto de los números de errores (el número de veces del error acumulativo) entre los números de errores es igual o mayor que el número de veces correspondiente (el tercer número de veces). Además, la condición puede modificarse de diversas maneras comparando el número de errores con el número de veces correspondiente.
Cuando el número de veces de error absoluto, el número de veces de error relativo y el número de veces de error acumulativo satisfacen las condiciones anteriores, se realiza la operación S170. En la operación S170, el sistema de gestión de batería 200 puede determinar finalmente que la celda de batería B1 está defectuosa.
Cuando el número de veces de error absoluto, el número de veces de error relativo y el número de veces de error acumulativo no satisfacen la condición anterior, se realiza la operación S180. En la operación S180, el sistema de gestión de batería 200 puede determinar finalmente que la celda de batería B1 no está defectuosa.
La Figura 4 es un diagrama de flujo para describir la primera operación de determinación absoluta del sistema de gestión de batería de la Figura 2. El sistema de gestión de batería 200 de la Figura 2 puede realizar la primera operación de determinación absoluta en la sección de carga y en la sección de descarga.
En la operación S210, el circuito de medición de tensión 210 puede medir la tensión de la celda de batería B1.
En la operación S220, el circuito de procesamiento de datos 220 puede convertir la tensión de la celda de batería B1 medida por el circuito de medición de tensión 210 en una señal diferencial. En este caso, el circuito de procesamiento de datos 220 puede calcular una señal diferencial (por ejemplo, dQ/dV) con respecto a la capacitancia y la tensión de la celda de batería B1. Para calcular la señal diferencial, el sistema de gestión de batería 200 puede medir la capacitancia de la celda de batería B1.
Además, el circuito de procesamiento de datos 220 puede convertir la tensión de la celda de batería B1 en una señal diferencial para una región en la que la tensión es de 4 V a 4,2 V. Esto se debe a que el perfil de tensión inestable debido a un cortocircuito interno dentro de la batería se puede detectar en una región de alta tensión donde la tensión de la celda de batería B1 es de 4 V a 4,2 V y se puede excluir la influencia del cambio de pico diferencial debido a otros factores tales como la desviación o degradación entre las celdas de batería (B1). Sin embargo, la señal diferencial convertida por el circuito de procesamiento de datos 220 de acuerdo con una realización de la presente invención no está necesariamente limitada a un intervalo de tensión de 4 V a 4,2 V, y además, puede convertirse en una señal diferencial con respecto a cualquier intervalo de tensión.
El circuito de procesamiento de datos 220 puede realizar un preprocesamiento de los datos de tensión de la celda de batería B1 antes de calcular la señal diferencial, convirtiendo de esta manera la tensión de la celda de batería B1 para que sea diferenciable en una sección predeterminada. La operación de preprocesamiento del circuito de procesamiento de datos 220 se describirá en detalle con referencia a la Figura 5.
En la operación S230, el circuito de procesamiento de datos 220 puede calcular el primer valor estadístico con respecto a la señal diferencial convertida. En este caso, el primer valor estadístico de la señal diferencial calculado por el circuito de procesamiento de datos 220 es para determinar el comportamiento anormal de la batería en un método de ventana deslizante (o ventana móvil), como se describirá más adelante. Por ejemplo, el primer valor estadístico de la señal diferencial puede incluir una desviación típica.
En la operación S240, el circuito de diagnóstico 230 puede diagnosticar la celda de batería B1 basándose en la señal diferencial convertida por el circuito de procesamiento de datos 220.
Cuando el primer valor estadístico con respecto a la señal diferencial de la tensión de la batería es igual o mayor que el primer valor de referencia absoluto, se realiza la operación S250. En la operación S250, el circuito de diagnóstico 230 puede determinar que se ha producido un error en la celda de batería B1. El circuito de diagnóstico 230 puede diagnosticar la celda de batería B1 en el método de ventana deslizante con respecto al primer valor estadístico de la señal diferencial relacionada con la tensión de batería. Como se ha descrito anteriormente, cuando el circuito de diagnóstico 230 diagnostica la celda de batería B1 en el método de ventana deslizante, el tamaño de la ventana puede establecerse arbitrariamente por el usuario. Cuando el primer valor estadístico de la señal diferencial de la tensión de batería es menor que el primer valor de referencia absoluto, se realizan de nuevo las operaciones S210 a S540.
La Figura 5 es un diagrama de flujo para describir la operación de preprocesamiento de datos del circuito de procesamiento de datos de la Figura 2. El circuito de procesamiento de datos 220 de la Figura 2 puede realizar la operación de preprocesamiento de datos para calcular el primer valor estadístico.
En la operación S310, el circuito de medición de tensión 210 puede medir la tensión de la celda de batería B1.
El circuito de procesamiento de datos 220 puede realizar un preprocesamiento de los datos de tensión de la celda de batería B1 antes de calcular la señal diferencial, convirtiendo de esta manera la tensión de la celda de batería B1 para que sea diferenciable en una sección predeterminada. En general, pueden darse casos en los que el análisis diferencial de los datos de tensión medidos de la batería sea imposible debido a señales redundantes, secciones discontinuas, etc. Por consiguiente, el circuito de procesamiento de datos 220 puede preprocesar los datos de tensión de la celda de batería B1 antes de la conversión de la señal diferencial, convirtiendo de esta manera la tensión de la celda de batería B1 para que sea diferenciable en la sección predeterminada.
En la operación S320, el circuito de procesamiento de datos 220 puede convertir la tensión de la celda de batería B1 en datos en forma de aumento monótono o reducción monótona a través del muestreo de los datos de tensión. Por ejemplo, el circuito de procesamiento de datos 220 puede realizar un muestreo de tensión clasificando los valores de capacitancia de las celdas de batería B1 que tienen la misma magnitud de tensión y calculando un valor promedio de los valores de capacitancia de las celdas de batería B1 para cada magnitud de tensión.
En la operación S330, el circuito de procesamiento de datos 220 puede convertir para satisfacer la continuidad entre datos adyacentes a través de la curva de tipo spline de suavizado. A través de esto, se puede convertir la curva de la pendiente de los datos de tensión de la celda de batería B1 en una forma leve.
La Figura 6a es un diagrama que ilustra un método para realizar muestreo para eliminar señales redundantes de los datos de tensión de batería.
Haciendo referencia a la Figura 6a, se ilustran los datos medidos de tensión y capacitancia de la batería para cada tiempo. En este tiempo, la tensión es la misma que 3,23 V en las secciones en las que las capacitancias de la batería son 43 Ah, 44 Ah y 46 Ah, y la tensión es la misma que 3,24 V en las secciones en las que las capacitancias de la batería son 45 Ah y 47 Ah. En consecuencia, se puede generar una señal redundante de datos de tensión, lo que hace imposible el análisis diferencial.
En este caso, los datos de tensión de la batería se pueden muestrear clasificando los valores de capacitancia de la batería para los datos de capacitancia y tensión de la batería basándose en una tensión de una magnitud específica y calculando su valor promedio. Por ejemplo, como se ilustra en la Figura 6a, el valor promedio de valores de capacitancia correspondientes a cada tensión se puede calcular basándose en 3,23 V y 3,24 V, que son tensiones de batería superpuestas. Por ejemplo, cuando la tensión es 3,23 V, 44,3 Ah, que es el valor promedio de las capacitancias de batería 43 Ah, 44 Ah y 46 Ah, puede determinarse como el valor de capacitancia, y cuando la tensión es 3,24 V, 46 Ah, que es el valor promedio de las capacitancias de batería 45 Ah y 47 Ah, puede determinarse como el valor de capacitancia.
Como se ha descrito anteriormente, el aparato para diagnosticar una batería de acuerdo con una realización de la presente invención puede convertir los datos de tensión en una forma monótonamente creciente (o monótonamente decreciente) basándose en la tensión medida realizando muestreo a través del método ilustrado en la Figura 6a.
La Figura 6b es un gráfico que ilustra los resultados de realizar un preprocesamiento en los datos de tensión de la batería a través de un muestreo y una curva de tipo spline de suavizado, y la Figura 6c es un gráfico que ilustra el perfil diferencial de los datos de tensión de la batería para cada etapa de preprocesamiento. En este caso, el eje horizontal de la Figura 6b representa la capacitancia (Ah) de la batería, y el eje vertical representa la tensión medida (V) de la batería. Además, el eje horizontal de la Figura 6c representa la tensión (V) de la batería, y el eje vertical representa la señal diferencial (Ah/V) relacionada con la capacitancia y tensión de la batería.
Como se ilustra en la Figura 6b, en el caso de datos de tensión en bruto se generan señales redundantes y ruido, pero se puede observar que los datos de tensión muestreados de acuerdo con la Figura 6a aparecen en una forma monótonamente creciente.
Por otro lado, incluso cuando el procesamiento de muestreo se realiza en datos en bruto de tensión, puede aparecer una sección donde la diferenciación es imposible debido a una diferencia en la pendiente entre datos adyacentes. En este sentido, haciendo referencia a la Figura 6c, cuando únicamente se realiza el procesamiento de muestreo sobre los datos en bruto de la tensión, se puede observar que el valor de la señal diferencial no aparece completo.
Por lo tanto, realizando una curva de tipo spline de suavizado en los datos de tensión muestreados, la pendiente de los datos de tensión de la batería se puede convertir para satisfacer la continuidad. Por ejemplo, una ecuación de cálculo para la curva de tipo spline de suavizado se puede expresar como sigue.
Z { Y ¡ - f ( x ¡ ) } 2 K Jf" (xK'dx
i =1
A través de la ecuación de curva de tipo spline de suavizado, se puede evitar que la pendiente de los datos de tensión muestreados cambie rápidamente y convertirla en una curva continua. En este caso, a medida que aumenta un valor de A, la curva se vuelve más suave. Por ejemplo, los valores A pueden ser 0,001(V) y 0,01(Q), respectivamente.
La Figura 6d ilustra un histograma de señales diferenciales para cada ciclo de carga de la batería, y la Figura 6e ilustra una desviación típica para cada ciclo de carga de la batería. En este caso, el eje horizontal de la Figura 6d representa intervalos de valores de señal diferencial, y el eje vertical representa el número de cada valor de señal diferencial. Además, el eje horizontal de la Figura 6d representa la tensión (V), y el eje vertical representa la desviación típica de la señal diferencial. Mientras tanto, en el caso de las Figuras 6d y 6e, se ilustra el resultado obtenido al establecer el tamaño de la ventana móvil (deslizante) en 60.
Haciendo referencia a la Figura 6d, se ilustra un histograma de señales diferenciales para un caso en el que el número de ciclos de carga son 113, 135 y 140, respectivamente. Como se ilustra en la Figura 6d, se puede observar que, cuando el ciclo de carga es 113, se ilustra un perfil de carga normal, pero cuando el ciclo de carga es 135 y 140, se puede confirmar que aparece un perfil abierto inestable.
Por otra parte, haciendo referencia a la Figura 6e, cuando la desviación típica de la señal diferencial es uniforme con respecto a la tensión, significa que aparece un comportamiento de tensión normal, y cuando la desviación típica de la señal diferencial aumenta bruscamente en una sección de tensión específica, significa que se produce un comportamiento inestable de la tensión.
Como se ha descrito anteriormente, es posible detectar si la tensión es inestable o no a través del cambio de la desviación típica dentro de una ventana de análisis de la señal diferencial con respecto a la tensión de la batería. En consecuencia, de acuerdo con el aparato para diagnosticar una batería de acuerdo con una realización de la presente invención, es posible cuantificar una condición de determinación del comportamiento normal o del comportamiento anormal de la tensión de la batería.
La Figura 6f es un diagrama que describe ilustrativamente un ejemplo de diagnóstico de una anomalía en la batería a través de la desviación típica de la señal diferencial en el aparato para diagnosticar una batería de acuerdo con una realización de la presente invención. En este caso, la Figura 6f ilustra el resultado derivado al establecer el tamaño de la ventana móvil (deslizante) en 10, el eje horizontal representa la tensión (V) y el eje vertical representa la desviación típica de la señal diferencial.
Como se ilustra en la Figura 6f, el aparato para diagnosticar una batería de acuerdo con una realización de la presente invención puede diagnosticar una caída de tensión anormal debido a un cortocircuito interno de la batería basándose en si la desviación típica de la señal diferencial es igual o mayor que un valor de referencia preestablecido. Por ejemplo, haciendo referencia a la Figura 6f, se puede determinar que la caída de tensión anormal se produce en una región donde la tensión de la batería es de 4,16 a 4,18 V.
Por otro lado, en el caso de usar la desviación típica de la señal diferencial como se ilustra en la Figura 6f, como el tamaño de la ventana deslizante es menor, la capacidad de discriminación del comportamiento inestable aumenta, por lo que el fenómeno de caída de tensión se puede detectar con mayor facilidad y precisión.
Además, en la descripción anterior, se ha descrito que la desviación típica de la señal diferencial de la tensión de la batería se usa para determinar si es normal o no, pero la presente invención no se limita a lo mismo, y además de la desviación típica, se pueden usar diversos valores estadísticos tales como un valor promedio, un valor de mediana, extraversión y curtosis para una señal diferencial.
La Figura 7 es un diagrama de flujo para describir la segunda operación de determinación absoluta del sistema de gestión de batería de la Figura 2.
En la operación S410, el circuito de medición de tensión 210 puede medir la tensión de la celda de batería B1. En este caso, el circuito de medición de tensión 210 puede medir la tensión de la celda de batería B1 en intervalos de tiempo predeterminados.
En la operación S420, el circuito de procesamiento de datos 220 puede calcular una ecuación de ajuste para la tensión de la celda de batería B1. En este caso, la ecuación de ajuste calculada por el circuito de procesamiento de datos 220 puede ser una tensión modelo que representa un perfil de tensión de la celda de batería B1. Por ejemplo, la ecuación de ajuste puede ser una ecuación exponencial. Además, el circuito de procesamiento de datos 220 puede calcular la ecuación de ajuste mediante estimación de mínimos cuadrados. Sin embargo, esto es sólo un ejemplo, y la presente invención no se limita a lo mismo, y el circuito de procesamiento de datos 220 puede calcular la ecuación de ajuste de diversas maneras. El circuito de procesamiento de datos 220 puede calcular la ecuación de ajuste para una tensión en una sección de descanso en la que se produce el fenómeno de caída de tensión debido a un cortocircuito interno de la batería que se produce después de que se completa la carga de la celda de batería B1. El segundo valor estadístico se puede calcular basándose en la ecuación de ajuste para la tensión de la celda de batería B1 calculada por el circuito de procesamiento de datos 220. El segundo valor estadístico puede ser un valor de diferencia entre la tensión medida de la celda de batería B1 y una tensión de acuerdo con la ecuación de ajuste calculada por el circuito de procesamiento de datos 220.
En la operación S430, el circuito de diagnóstico 230 puede diagnosticar si se ha producido o no un error en la celda de batería B1 basándose en la ecuación de ajuste para la tensión de la celda de batería B1 calculada por el circuito de procesamiento de datos 220.
Cuando el segundo valor estadístico es igual o mayor que el segundo valor de referencia absoluto, se realiza la operación S440. En este caso, el segundo valor de referencia absoluto se puede establecer basándose en un valor de error de medición predeterminado del circuito de medición de tensión 210. En la operación S440, el circuito de diagnóstico 230 puede determinar que se ha producido el error en la celda de batería B1. Cuando el segundo valor estadístico es menor que el segundo valor de referencia absoluto, se realizan nuevamente las operaciones S410 a S430.
La Figura 8a es un diagrama que ilustra un cambio de tensión cuando la caída de tensión debido al cortocircuito interno de la celda de batería se produce a través de la sección, y la Figura 8b es un diagrama que ilustra un cambio de tensión cuando la caída de tensión debido al cortocircuito interno de la celda de batería se produce temporalmente. En este punto, en las Figuras 8a y 3B, el eje horizontal representa el tiempo (segundos) y el eje vertical representa la tensión (V) de la batería.
Haciendo referencia a la Figura 8a, se puede observar que, para el caso de los ciclos de carga 113, 135, 140, 149 y 150, la caída de tensión debido al cortocircuito interno de la celda de batería en la sección de descanso después de cargar la batería aparece gradualmente durante todo el período.
Además, haciendo referencia a la Figura 8b, se puede ver que, para el caso de los ciclos de carga 73, 74, 82 y 105, la caída de tensión debido al cortocircuito interno de la celda de batería en la sección de descanso después de cargar la batería se produce temporalmente en la sección de aproximadamente 1500 segundos, sección de 2300 segundos, etc.
La Figura 8c es un gráfico que ilustra una tensión de descanso real durante aproximadamente 10 minutos después de cargar la batería, una tensión de acuerdo con una ecuación de ajuste y un valor de diferencia entre ellas. En este caso, el eje horizontal de la Figura 8c representa el tiempo (segundos), el eje vertical (izquierda) representa la tensión (V) de la batería y el eje vertical (derecha) representa el valor absoluto (mV) de la diferencia entre la tensión medida real de la batería y la tensión de acuerdo con la ecuación de ajuste.
La ecuación de ajuste de la tensión de la batería en la Figura 8c se deriva a través de la estimación de mínimos cuadrados. En este caso, la ecuación de ajuste de la tensión de la batería se puede expresar de la siguiente manera.
Y<ajuste>= a X exp(bt) c
En el aparato para diagnosticar una batería de acuerdo con una realización de la presente invención, la ecuación de ajuste de la tensión de batería se puede completar calculando las constantes de a, b y c en la ecuación anterior, respectivamente. Sin embargo, la ecuación anterior únicamente se ilustra a modo de ejemplo, la presente invención no se limita a lo mismo y se pueden usar diversas ecuaciones que pueden hacer que la tensión de la batería se ajuste.
Haciendo referencia a la Figura 8c, el valor absoluto de la diferencia entre la tensión de descanso medida real (en bruto) de la batería y la tensión (Exp.ajuste) de acuerdo con la ecuación de ajuste se indica mediante |V<error>| en el centro del gráfico. Como se ha descrito anteriormente, el valor absoluto de la diferencia entre la tensión real medida de la batería y la tensión de acuerdo con la ecuación de ajuste significa el segundo valor estadístico. El aparato para diagnosticar la batería de la presente invención puede detectar la caída de tensión debida al cortocircuito interno en la sección de descanso de la batería comparando el segundo valor estadístico con el segundo valor de referencia absoluto.
La Figura 8d ilustra un resultado de la detección, por el aparato para diagnosticar una batería de acuerdo con una realización de la presente invención, de que la caída de tensión debido al cortocircuito interno de la celda de batería se produce en toda la sección y la Figura 8e ilustra un resultado de la detección, por el aparato para diagnosticar una batería de acuerdo con una realización de la presente invención, de que la caída de tensión debido al cortocircuito interno de la celda de batería se produce temporalmente.
En este caso, los ejes horizontales de las Figuras 8d y 8e representan el número de ciclos de carga de la batería, y sus ejes verticales representan el valor máximo (V) del valor de diferencia entre la tensión real medida de la batería y la tensión de acuerdo con la ecuación de ajuste.
Haciendo referencia a la Figura 8d, el aparato para diagnosticar una batería puede comparar el segundo valor estadístico con un segundo valor de referencia absoluto cuando la caída de tensión debido al cortocircuito interno de la celda de batería se produce a través de toda la sección, y puede determinar que la caída de tensión debido al cortocircuito interno de la batería se ha producido cuando el segundo valor estadístico es igual o mayor que el segundo valor de referencia absoluto.
De manera similar, haciendo referencia a la Figura 8e, el aparato para diagnosticar una batería puede comparar el segundo valor estadístico con el segundo valor de referencia absoluto incluso cuando la caída de tensión debida al cortocircuito interno de la celda de batería se produce temporalmente, y puede determinar que la caída de tensión debida al cortocircuito interno de la batería se ha producido cuando el segundo valor estadístico es igual o mayor que el segundo valor de referencia absoluto. En este caso, los valores de referencia de las Figuras 8d y 8e pueden determinarse basándose en un intervalo de medición del propio sensor de tensión.
La Figura 9 es un diagrama de flujo para describir la operación de determinación relativa del sistema de gestión de batería de la Figura 2. En un método correspondiente a la operación de determinación relativa descrita con referencia a la Figura 9, se pueden realizar la primera operación de determinación relativa y la segunda operación de determinación relativa.
En la operación S510, el circuito de medición de tensión 210 puede medir la tensión de cada una de las celdas de batería B1 a BN. En este caso, el circuito de medición de tensión 210 puede medir las tensiones de las celdas de batería B1 a BN en intervalos de tiempo predeterminados.
En la operación S520, el circuito de procesamiento de datos 220 puede calcular el valor estadístico de la celda de batería B1 basándose en la tensión medida de la celda de batería B1. El valor estadístico es un valor de índice que indica un estado de tensión de la celda de batería B1 y puede calcularse de diversas maneras. Por ejemplo, en la primera operación de determinación relativa, el circuito de procesamiento de datos 220 puede calcular una desviación típica para la señal diferencial de la tensión de la celda de batería B1. Cuando la tensión de la celda de batería B1 se mide varias veces en intervalos de tiempo predeterminados, el circuito de procesamiento de datos 220 puede calcular la desviación típica de la señal diferencial de la tensión de la celda de batería B1 en cada sección de tiempo. En este caso, el primer valor estadístico puede ser el valor máximo entre las desviaciones típicas calculadas.
En la operación S530, el circuito de procesamiento de datos 220 puede calcular los valores estadísticos de las celdas de batería B1 a BN basándose en tensiones medidas de las celdas de batería B1 a BN. Los valores estadísticos de las celdas de batería B1 a BN también pueden calcularse sustancialmente de la misma manera que se describe con referencia a la operación S520.
En la operación S540, el circuito de procesamiento de datos 220 puede calcular un valor de referencia relativo basándose en los valores estadísticos de las celdas de batería B1 a B<n>. El valor de referencia relativo puede ser un valor 'n' sigma de los valores estadísticos de las celdas de batería B1 a BN. En este punto, 'n' puede ser un número positivo.
En la operación S550, el circuito de diagnóstico 230 puede comparar el valor estadístico de la celda de batería B1 con el valor de referencia relativo.
Cuando el valor estadístico de la celda de batería B1 es mayor o igual al valor de referencia relativo, se realiza la operación S560. En la operación S560, el circuito de diagnóstico 230 puede determinar que se ha producido un error en la celda de batería B1. Cuando el valor estadístico de la celda de batería B1 es menor que el valor de referencia relativo, se realiza la operación S570. En la operación S570, el circuito de diagnóstico 230 puede determinar que no se ha producido el error en la celda de batería B1
La Figura 10a es un gráfico que ilustra la distribución de los primeros valores estadísticos de las celdas de batería.
El eje horizontal de la Figura 10a representa el primer valor estadístico y el eje vertical representa el número de celdas de batería. El primer valor estadístico de cualquier celda de batería descrito con referencia a la Figura 10a significa el valor máximo (máx(std(dQ/dV))) entre las desviaciones típicas de los valores obtenidos al diferenciar la tensión de la celda de batería.
Cuando se determina que el valor de referencia relativo es un valor de 3 sigma de los valores estadísticos de las celdas de batería B1 a B<n>, se puede determinar que se ha producido un error en las celdas de batería incluidas en el lado derecho del valor de 3 sigma en el gráfico de la Figura 10a.
La Figura 10b es un gráfico que ilustra el número de veces de error relativo de las celdas de batería.
El eje horizontal de la Figura 10b representa el número de veces de error relativo de las celdas de batería, y el eje vertical representa el número de celdas de batería. El circuito de diagnóstico 230 puede realizar la operación de determinación relativa en intervalos de tiempo predeterminados. El circuito de diagnóstico 230 puede acumular el número de veces de error relativo de las celdas de batería mientras realiza la operación de determinación relativa. Cuanto mayor sea el número de veces que haya un error relativo en la celda de la batería, mayor será la probabilidad de que se determine que la celda de la batería está defectuosa.
La Figura 11 es un diagrama de flujo para describir la operación de determinación acumulativa del sistema de gestión de batería de la Figura 2. En un método correspondiente a la operación de determinación acumulativa descrita con referencia a la Figura 11, se pueden realizar la primera operación de determinación acumulativa y la segunda operación de determinación acumulativa.
En la operación S610, el circuito de medición de tensión 210 puede medir la tensión de la celda de batería B1 en intervalos de tiempo predeterminados.
En la operación S620, el circuito de procesamiento de datos 220 puede calcular los valores estadísticos de la celda de batería B1 basándose en las tensiones de la celda de batería B1 medidas en intervalos de tiempo predeterminados.
En la operación S630, el circuito de procesamiento de datos 220 puede calcular un valor estadístico acumulativo acumulando los valores estadísticos de la celda de batería B1. El circuito de procesamiento de datos 220 puede seleccionar algunos de los valores estadísticos calculados durante el período de análisis y puede calcular el valor estadístico acumulativo acumulando los valores estadísticos seleccionados.
En la operación S640, el circuito de diagnóstico 230 puede comparar el valor estadístico acumulativo con el valor de referencia acumulativo. El valor de referencia acumulativo puede ser un valor calculado acumulando los valores de referencia relativos, un valor establecido por un usuario o un valor establecido basándose en el estado de la celda de batería.
Cuando el valor estadístico acumulativo es igual o mayor que el valor de referencia acumulativo, se realiza la operación S650. En la operación S650, el circuito de diagnóstico 230 puede determinar que se ha producido un error en la celda de batería B1. Cuando el valor estadístico acumulativo es menor que el valor de referencia acumulativo, se realiza la operación S660. En la operación S660, el circuito de diagnóstico 230 puede determinar que no se ha producido el error en la celda de la batería B1.
Como se ha descrito anteriormente, el aparato para diagnosticar una batería de la presente invención puede determinar finalmente si la celda de la batería es defectuosa o no al considerar exhaustivamente los resultados de la operación de determinación absoluta, la operación de determinación relativa y la operación de determinación acumulativa. En consecuencia, de acuerdo con la presente invención, se puede aumentar la precisión en la determinación de un defecto en una celda de batería. Además, en la presente invención, se puede realizar la operación de diagnóstico de un error de la celda de batería que se produce en la sección de carga y la sección de descarga y la operación de diagnóstico del error de la celda de batería que se produce en la sección de descanso, y las operaciones de diagnóstico descritas anteriormente se pueden realizar selectivamente de acuerdo con una situación.
La Figura 12 es un diagrama que ilustra una configuración de hardware del aparato para diagnosticar una batería de acuerdo con una realización de la presente invención.
Haciendo referencia a la Figura 12, el aparato para diagnosticar una batería 800 incluye un microcontrolador (MCU) 810 para controlar diversos procesos y cada configuración, una memoria 820 en la que se graban un programa de sistema operativo y diversos programas (por ejemplo, un programa de diagnóstico de batería, un programa de cálculo de aproximación de tensión, etc.), una interfaz de entrada/salida 830 que proporciona una interfaz de entrada y una interfaz de salida entre el módulo de celda de batería y/o el elemento de conmutación semiconductor, y una interfaz de comunicación 840 que puede comunicarse con el exterior a través de una red de comunicación alámbrica o inalámbrica. De esta manera, el programa informático de acuerdo con la presente invención puede implementarse como un módulo, que realiza, por ejemplo, cada uno de los bloques funcionales ilustrados en la Figura 2, grabándose en la memoria 820 y procesado por el microcontrolador 810.
Las materias descritas anteriormente son realizaciones específicas para realizar la presente invención. La presente invención incluirá no sólo las realizaciones descritas anteriormente, sino también realizaciones en las que se realiza un cambio de diseño simple o que son fácilmente modificables. Además, la presente invención incluirá técnicas que pueden modificarse e implementarse fácilmente utilizando las realizaciones. Por lo tanto, el alcance de la presente invención no debe limitarse a las realizaciones descritas anteriormente, sino que debe definirse por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Un aparato (20, 200) para diagnosticar una batería (11, 100), comprendiendo el aparato:
un circuito de medición de tensión (210) configurado para medir una tensión de una celda de batería (B1, B2... BN);
un circuito de procesamiento de datos (220) configurado para calcular un valor estadístico objetivo que indica un estado de la celda de batería basándose en una tensión medida por el circuito de medición de tensión (210 ), y calcular un valor estadístico acumulativo acumulando valores estadísticos objetivo de la celda de batería durante un período de análisis; y
un circuito de diagnóstico (230) configurado para determinar si se ha producido o no un error en la celda de la batería a través de una operación de determinación acumulativa de comparación del valor estadístico acumulativo con un valor de referencia acumulativo, y contar el número de veces de error acumulativo cuando se determina que se ha producido el error en la celda de la batería en la operación de determinación acumulativa en donde cuando se miden las tensiones de la celda de batería en una sección de carga y una sección de descarga de la celda de batería, el circuito de procesamiento de datos (220) está configurado para convertir las tensiones de la celda de batería en una señal diferencial con respecto a la capacitancia y la tensión de la celda de batería, y calcular el valor estadístico objetivo basándose en la señal diferencial.
2. Un aparato (20, 200) para diagnosticar una batería (11, 100), comprendiendo el aparato:
un circuito de medición de tensión (210) configurado para medir una tensión de una celda de batería (B1, B2... BN);
un circuito de procesamiento de datos (220) configurado para calcular un valor estadístico objetivo que indica un estado de la celda de batería basándose en una tensión medida por el circuito de medición de tensión (210 ), y calcular un valor estadístico acumulativo acumulando valores estadísticos objetivo de la celda de batería durante un período de análisis; y
un circuito de diagnóstico (230) configurado para determinar si se ha producido o no un error en la celda de batería a través de una operación de determinación acumulativa de comparación del valor estadístico acumulativo con un valor de referencia acumulativo, y contar el número de veces de error acumulativo cuando se determina que se ha producido el error en la celda de la batería en la operación de determinación acumulativa en donde
cuando se miden las tensiones de la celda de la batería en una sección de descanso de la celda de batería, el circuito de procesamiento de datos (220)
está configurado además para calcular un valor de ajuste para las tensiones de la celda de batería y establecer un valor absoluto de una diferencia entre la tensión medida por el circuito de medición de tensión y el valor de ajuste como valor estadístico objetivo.
3. El aparato de la reivindicación 1 o 2, en donde
el circuito de procesamiento de datos está configurado además para calcular un valor de referencia relativo basándose en valores estadísticos objetivo de las celdas de batería,
el circuito de diagnóstico está configurado además para determinar si se ha producido o no un error en la celda de la batería a través de una operación de determinación relativa de comparación del valor estadístico objetivo con el valor de referencia relativo y contar el número de veces que se produce un error relativo cuando se determina que se ha producido el error en la celda de batería en la operación de determinación relativa, y
las celdas de batería son celdas de batería de un módulo de batería que incluyen las celdas de batería.
4. El aparato de la reivindicación 3, en donde
el circuito de procesamiento de datos está configurado además para establecer un valor sigma 'n' de los valores estadísticos objetivo como el valor de referencia relativo, y
la 'n' es un número positivo.
5. El aparato de la reivindicación 3, en donde
el circuito de procesamiento de datos está configurado además para calcular el valor de referencia acumulativo acumulando los valores de referencia relativos calculados durante el período de análisis.
6. El aparato de la reivindicación 1 o 2, en donde
el circuito de procesamiento de datos está configurado además para seleccionar valores estadísticos objetivo correspondientes a una zona de tiempo específica del período de análisis entre los valores estadísticos objetivo de la celda de batería, y calcular el valor de referencia acumulativo acumulando los valores estadísticos objetivo seleccionados.
7. El aparato de la reivindicación 1 o 2, en donde
el circuito de diagnóstico está configurado además para determinar si se ha producido o no un error en la celda de batería a través de una operación de determinación absoluta de comparación del valor estadístico objetivo con un valor de referencia absoluto y contar el número de veces que se ha producido un error absoluto cuando se determina que el error se ha producido en la celda de batería en la operación de determinación absoluta.
8. El aparato de la reivindicación 1, en donde
el circuito de procesamiento de datos está configurado además para convertir la tensión de la celda de la batería en datos de tensión en forma monótonamente creciente o monótonamente decreciente a través del muestreo de las tensiones, calcular valores diferenciales diferenciando los datos de tensión convertidos y establecer una desviación típica de los valores diferenciales como el valor estadístico objetivo.
9. El aparato de la reivindicación 2, en donde
el circuito de procesamiento de datos está configurado además para calcular el valor aproximado de acuerdo con la estimación de mínimos cuadrados.
10. El aparato de la reivindicación 1 o 2, en donde
el circuito de procesamiento de datos está configurado además para calcular un valor de referencia relativo basándose en valores estadísticos objetivo de las celdas de batería,
el circuito de diagnóstico está configurado además para determinar si se ha producido o no un error en la celda de la batería a través de una operación de determinación relativa de comparación del valor estadístico objetivo con el valor de referencia relativo y cuenta el número de veces que se produce un error relativo cuando se determina que se ha producido el error en la celda de batería a través de la operación de determinación relativa, determinar si se ha producido o no el error en la celda de batería a través de una operación de determinación absoluta de comparación del valor estadístico objetivo con un valor de referencia absoluto y cuenta el número de veces que se ha producido un error absoluto cuando se determina que el error se ha producido en la celda de batería a través de la operación de determinación absoluta, y
determinar que la celda de batería está defectuosa cuando el número de veces de error absoluto, el número de veces de error relativo y el número de veces de error acumulativo satisfacen una condición de diagnóstico, y las celdas de batería son celdas de batería de un módulo de batería que incluye la celda de la batería.
11. El aparato de la reivindicación 10, en donde
la condición de diagnóstico es que el número de veces del error absoluto es mayor o igual que un primer número de veces, el número de veces del error relativo es mayor o igual a un segundo número de veces y el número de veces del error acumulativo es mayor o igual que un tercer número de veces,
el primer número de veces está relacionado con el número de veces de error absoluto de las celdas de batería, el segundo número de veces está relacionado con el número de veces de error relativo de las celdas de batería, y el tercer número de veces está relacionado con el número de veces de error acumulativo de las celdas de la batería.
12. Un método para diagnosticar una batería (11, 100), que comprende:
una etapa de medición de tensión de medir, mediante un aparato (20, 200) para diagnosticar una batería, una tensión entre un terminal de entrada y un terminal de salida de una celda de batería (B1, B2... BN);
una etapa de cálculo para calcular, por el aparato para diagnosticar una batería, un valor estadístico objetivo que indica un estado de la celda de la batería basándose en la tensión medida en la etapa de medición de tensión, y calcular un valor estadístico acumulativo mediante la acumulación de valores estadísticos objetivo de la celda de la batería durante un período de análisis; y
una primera etapa de diagnóstico para determinar, por el aparato para diagnosticar una batería, si se ha producido o no un error en la celda de la batería a través de una operación de determinación acumulativa de comparación del valor estadístico acumulativo con un valor de referencia acumulativo y contar el número de veces de error acumulativo cuando se determina que se ha producido el error en la celda de la batería a través de la operación de determinación acumulativa; en donde,
cuando se miden las tensiones de la celda de batería en una sección de carga y una sección de descarga de la celda de la batería, las tensiones de la celda de batería se convierten en una señal diferencial con respecto a la capacitancia y la tensión de la celda de la batería, y el valor estadístico objetivo se calcula basándose en la señal diferencial.
13. Un método para diagnosticar una batería (11, 100), que comprende:
una etapa de medición de tensión de medir, mediante un aparato (20, 200) para diagnosticar una batería, una tensión entre un terminal de entrada y un terminal de salida de una celda de batería (B1, B2... BN);
una etapa de cálculo para calcular, por el aparato para diagnosticar una batería, un valor estadístico objetivo que indica un estado de la celda de la batería basándose en la tensión medida en la etapa de medición de tensión, y calcular un valor estadístico acumulativo mediante la acumulación de valores estadísticos objetivo de la celda de la batería durante un período de análisis; y
una primera etapa de diagnóstico para determinar, por el aparato para diagnosticar una batería, si se ha producido o no un error en la celda de la batería a través de una operación de determinación acumulativa de comparación del valor estadístico acumulativo con un valor de referencia acumulativo y contar el número de veces de error acumulativo cuando se determina que se ha producido el error en la celda de la batería a través de la operación de determinación acumulativa; en donde,
cuando se miden las tensiones de la celda de batería en una sección de descanso de la celda de batería, se calcula un valor de ajuste para las tensiones de la celda de batería y se establece un valor absoluto de una diferencia entre la tensión medida por el circuito de medición de tensión y el valor de ajuste como el valor estadístico objetivo.
14. El método de la reivindicación 12 o 13, en donde
la etapa de cálculo incluye además calcular un valor de referencia relativo basándose en valores estadísticos objetivo de las celdas de batería, incluyendo la celda de batería,
el método comprende, además
una segunda etapa de diagnóstico para determinar, por el aparato para diagnosticar una batería, si el error se ha producido o no en la celda de la batería a través de una operación de determinación relativa de comparación del valor estadístico objetivo con el valor de referencia relativo, y contar un número de veces de errores relativos cuando se determina que el error se ha producido en la celda de batería a través de la operación de determinación relativa,
una tercera etapa de diagnóstico para determinar, por el aparato para diagnosticar una batería, si el error se ha producido o no en la celda de la batería a través de una operación de determinación absoluta de comparación del valor estadístico objetivo con un valor de referencia absoluto y contar el número de veces que se ha producido el error absoluto cuando se determina que el error se ha producido en la celda de la batería a través de la operación de determinación absoluta, y
una etapa de diagnóstico final para determinar que la celda de batería está defectuosa cuando se determina que el número de veces de error absoluto, el número de veces de error relativo y el número de veces de errores acumulados satisfacen una condición de diagnóstico, y proporcionar una alarma para el defecto de la celda de batería.
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