ES3034610T3 - Battery capacity estimation apparatus and method - Google Patents

Battery capacity estimation apparatus and method

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ES3034610T3 ES21856159T ES21856159T ES3034610T3 ES 3034610 T3 ES3034610 T3 ES 3034610T3 ES 21856159 T ES21856159 T ES 21856159T ES 21856159 T ES21856159 T ES 21856159T ES 3034610 T3 ES3034610 T3 ES 3034610T3
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Abstract

Un dispositivo de estimación de capacidad de batería según una realización de la presente invención puede comprender: una unidad de medición de voltaje que mide el voltaje de una celda de batería; una unidad de filtrado que, cuando un patrón de registro en los datos de voltaje de la celda de batería se desvía de un rango de referencia preconfigurado, determina los datos de voltaje correspondientes como primeros datos; una unidad de análisis estadístico que determina segundos datos a través de un análisis estadístico de los datos de voltaje de la celda de batería; y una unidad de estimación de capacidad que estima una capacidad aplicando, a un modelo de estimación de capacidad generado a través de la distinción entre los primeros datos y los segundos datos, datos clasificados por la unidad de filtrado o la unidad de análisis estadístico con respecto a una celda de batería a medir. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Aparato y método de estimación de capacidad de batería
Sector de la técnica
Referencia cruzada con una solicitud relacionada
Esta solicitud reivindica la prioridad y el beneficio de la solicitud de patente coreana n.° 10-2020-0101866 presentada en la Oficina Coreana de Propiedad Intelectual el 13 de agosto de 2020.
Campo técnico
La presente invención se refiere a un aparato y un método para estimar una capacidad de una batería configurando un modelo por separado para datos que son fáciles de analizar y datos que no son fáciles de analizar.
Antecedentes de la invención
Recientemente, la investigación y el desarrollo de baterías secundarias se han llevado a cabo de forma activa. En el presente documento, las baterías secundarias, que son baterías recargables/descargables, pueden incluir todas las baterías convencionales de níquel (Ni)/cadmio (Cd), baterías de Ni/metal-hidruro (MH), etc., y las recientes baterías de iones de litio. Entre las baterías secundarias, una batería de iones de litio tiene una densidad energética muy superior a la de las baterías convencionales de Ni/Cd, las baterías de Ni/MH etc. Es más, la batería de iones de litio puede fabricarse para que sea pequeña y ligera, de modo que la batería de iones de litio se ha utilizado como fuente de alimentación de dispositivos móviles. Además, la batería de iones de litio está atrayendo la atención como medio de almacenamiento de energía de nueva generación, ya que su uso se está ampliando a fuente de alimentación de vehículos eléctricos.
Adicionalmente, la batería secundaria se utiliza generalmente como un paquete de baterías que incluye un módulo de batería donde una pluralidad de celdas de batería están conectadas entre sí en serie y/o en paralelo. El paquete de baterías puede ser gestionado y controlado por un sistema de gestión de baterías en términos de estado y funcionamiento.
Una batería secundaria de este tipo se somete a una prueba de ensamblaje de lotes (LAT), en un proceso de producción para determinar la calidad de cada celda en producción. Generalmente, puede seleccionarse una muestra por cada lote, que es una unidad de una pluralidad de celdas, para realizar la LAT. La LAT tiene por objeto comprobar si la capacidad de la batería secundaria es superior o igual a un nivel específico incluso después de 300 ciclos mediante la degradación acelerada de la batería secundaria.
Mediante la LAT, la carga y la descarga completas pueden realizarse bajo las mismas condiciones experimentales de uno a 300 ciclos y se determina si la celda ha superado la prueba en función de un estado de salud (SOH) en los 300 ciclos. Sin embargo, los datos registrados en la LAT pueden incluir datos fáciles de analizar y datos difíciles de analizar, conjuntamente, de modo que puede haber una dificultad en el análisis de un valor de datos y la precisión puede degradarse.
El documento de la técnica anterior US2016/0195587 divulga una disposición para estimar la capacidad de la batería basándose en mediciones de tensión/corriente, que implica dividir los datos medidos en segmentos temporales y aplicarles un modelo a los mismos.
Explicación de la invención
Problema técnico
La presente invención se ha realizado para resolver los problemas anteriores y tiene como objetivo proporcionar un aparato y un método de estimación de capacidad de batería en los cuales los datos que son fáciles de analizar y los datos que no son fáciles de analizar se distinguen de entre los datos de registro de una celda de la batería y un modelo de estimación de capacidad se aplica a cada dato, estimando de este modo de forma precisa y eficaz una capacidad de la celda de batería.
Solución técnica
Un aparato de estimación de capacidad de batería de acuerdo con una realización de la presente invención incluye una unidad de medición de tensión configurada para medir una tensión de una celda de batería, una unidad de filtrado configurada para determinar los datos de tensión como primeros datos cuando un patrón de registro de los datos de tensión de la celda de batería se desvía de un intervalo de referencia preestablecido, una unidad de análisis estadístico configurada para determinar segundos datos mediante un análisis estadístico de los datos de tensión de la celda de batería y una unidad de estimación de capacidad configurada para estimar una capacidad mediante la aplicación de datos, clasificados por la unidad de filtrado o la unidad de análisis estadístico para una celda de batería que es un objetivo de medición, para los modelos de estimación de capacidad generados por separado para los primeros datos y los segundos datos.
Un método de estimación de capacidad de batería de acuerdo con una realización de la presente invención incluye medir una tensión de una celda de batería, determinar los datos de tensión como primeros datos cuando un patrón de registro de los datos de tensión de la celda de batería se desvía de un intervalo de referencia preestablecido, determinar segundos datos mediante análisis estadístico de los datos de tensión de la celda de batería y estimar una capacidad de la celda de batería aplicando los primeros datos y los segundos datos a modelos de estimación de capacidad, respectivamente.
Efectos ventajosos
Con un aparato y un método de estimación de capacidad de batería de acuerdo con la presente invención, los datos que son fáciles de analizar y los datos que no son fáciles de analizar pueden distinguirse de entre los datos de registro de una celda de batería y puede aplicarse un modelo de estimación de la capacidad a cada dato, estimando de este modo de forma precisa y eficaz una capacidad de la celda de batería.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 es un diagrama de bloques de un bastidor de baterías general.
La Figura 2 es un diagrama de bloques que muestra una estructura de un aparato de estimación de capacidad de batería de acuerdo con una realización de la presente invención.
La Figura 3 es un diagrama de flujo que muestra una operación, realizada por un aparato de estimación de capacidad de batería, de clasificar datos de acuerdo con una realización de la presente invención.
La Figura 4 es un diagrama que muestra una correlación entre los datos de registro y la capacidad de una celda de batería.
La Figura 5 es un diagrama que muestra que los datos de registro de una celda de batería están clasificados en una pluralidad de clústeres mediante un aparato de estimación de capacidad de batería de acuerdo con una realización de la presente invención.
La Figura 6 es un diagrama que muestra que los datos de registro de todas las celdas de la batería se clasifican en una pluralidad de clústeres por un aparato de estimación de la capacidad de batería de acuerdo con una realización de la presente invención.
La Figura 7 muestra un ejemplo de modelo de estimación de capacidad (redes de memoria a corto-largo plazo [LSTM]), de un aparato de estimación de capacidad de batería de acuerdo con una realización de la presente invención.
La Figura 8 es un diagrama de flujo que muestra un método de estimación de capacidad de batería de acuerdo con una realización de la presente invención.
La Figura 9 es un diagrama de bloques que muestra una estructura de hardware de un aparato de estimación de capacidad de batería de acuerdo con una realización de la presente invención.
Realización preferente de la invención
En lo sucesivo del presente documento, se describirán diversas realizaciones de la presente invención en detalle con referencia a los dibujos adjuntos. En este documento, se utilizarán números de referencia idénticos para componentes idénticos en los dibujos y los componentes idénticos no se describirán de forma redundante.
Para diversas realizaciones de la presente invención divulgadas en este documento, las descripciones estructurales o funcionales específicas solo se ejemplifican con el fin de describir las realizaciones de la presente invención y las diversas realizaciones de la presente invención pueden implementarse de diversas formas y no deben interpretarse como limitadas a las realizaciones descritas en este documento.
Como se utiliza en las diversas realizaciones, los términos "1er", "2do", "primero", "segundo", o similares pueden modificar varios componentes independientemente del orden y/o importancia y no limitan los componentes. Por ejemplo, un primer componente puede denominarse como un segundo componente sin desviarse del alcance correcto de la presente divulgación y, de forma similar, el segundo componente puede denominarse como el primer componente.
Los términos empleados en el presente documento se utilizan únicamente para describir una realización ilustrativa específica de la divulgación y no pretenden limitar el alcance de otras realizaciones ilustrativas de la divulgación. Debe entenderse que las expresiones en singular incluyen expresiones en plural salvo que el contexto dicte claramente lo contrario.
Todos los términos utilizados en el presente documento, incluidos los términos técnicos o científicos, tienen el mismo significado que los generalmente entendidos por un experto en el campo de la técnica. Se entenderá, además, que los términos, tales como los definidos en diccionarios de uso común, deben interpretarse con un significado que es consistente con su significado en el contexto de la técnica relevante y no se interpretarán en un sentido formal excesivo o idealizado salvo que así se defina expresamente en el presente documento. En algunos casos, los términos aquí definidos pueden interpretarse como excluyentes de las realizaciones de la presente divulgación.
La Figura 1 es un diagrama de bloques de un bastidor de baterías general.
Haciendo referencia a la Figura 1, se muestra esquemáticamente un sistema de control de baterías que incluye un bastidor 1 de baterías y un controlador 2 de nivel superior incluido en un sistema de nivel superior de acuerdo con una realización de la presente invención.
Como se muestra en la Figura 1, el bastidor 1 de baterías puede incluir un módulo 10 de batería que incluye una o más celdas de batería y es recargable/descargable, una unidad 14 de conmutación conectada en serie a un lado del terminal positivo (+) o a un lado del terminal negativo (-) del módulo 10 de batería para controlar un flujo de corriente de carga/descarga del módulo 10 de batería y un sistema 20 de gestión de la batería (p. ej., RBMS), para el control y gestión para evitar la sobrecarga y la sobredescarga mediante la monitorización de una tensión, una corriente, una temperatura, etc., del bastidor 1 de baterías. El bastidor 1 de baterías puede incluir una pluralidad de módulos 10 de baterías, sensores 12, unidades 14 de conmutación y sistemas 20 de gestión de batería.
En el presente documento, como la unidad 14 de conmutación que es un elemento para controlar un flujo de corriente para la carga o descarga de la pluralidad de módulos 10 de batería, por ejemplo, puede usarse al menos un relé, contactor magnético, etc., de acuerdo con las especificaciones del bastidor 1 de baterías.
El sistema 20 de gestión de batería, que es una interfaz para recibir valores de medición de los distintos parámetros descritos anteriormente, puede incluir una pluralidad de terminales y un circuito, etc., conectados al mismo para procesar los valores de entrada. El sistema 20 de gestión de la batería puede controlar el encendido/apagado de la unidad 14 de conmutación, p. ej., un relé, un contactor, etc., y puede conectarse al módulo 10 de batería para monitorizar el estado de cada módulo 10 de batería.
Por su parte, el sistema 20 de gestión de batería de acuerdo con la presente invención puede realizar un análisis de regresión sobre una tensión de una celda de batería a través de un programa independiente, como se describirá a continuación. Un tipo anormal de la celda de batería puede clasificarse utilizando una ecuación de regresión calculada.
El controlador 2 de nivel superior puede transmitir una señal de control para el módulo 10 de batería al sistema 20 de gestión de batería. Así, el sistema 20 de gestión de batería también puede controlarse en términos de un funcionamiento del mismo basándose en una señal aplicada desde el controlador 2 de nivel superior. Por su parte, la celda de batería de acuerdo con la presente invención puede incluirse en el módulo 10 de batería utilizado para un sistema de almacenamiento de energía (ESS). En este caso, el controlador 2 de nivel superior puede ser un controlador (BBMS) de un banco de baterías que incluya una pluralidad de bastidores o un controlador ESS para controlar todo el ESS que incluya una pluralidad de bancos. Sin embargo, el bastidor 1 de baterías no se limita a tal fin.
Tales configuraciones del bastidor 1 de baterías y del sistema 20 de gestión de batería son configuraciones bien conocidas, por lo que no se describirán en detalle.
La Figura 2 es un diagrama de bloques que muestra una estructura de un aparato de estimación de capacidad de batería de acuerdo con una realización de la presente invención.
Haciendo referencia a la Figura 2, un aparato 200 de estimación de capacidad de batería de acuerdo con una realización de la presente invención puede incluir una unidad 210 de medición de tensión, una unidad 220 de filtrado, una unidad 230 de análisis estático y una unidad 240 de estimación de capacidad. Por ejemplo, el aparato 200 de estimación de capacidad de batería de acuerdo con una realización de la presente invención puede estimar una capacidad de la celda de batería analizando datos de carga y descarga de la batería en tiempo real o puede realizar una prueba tomando muestras de un fallo antes de montar en un módulo en la fabricación de la celda de batería.
La unidad 210 de medición de tensión puede medir una tensión de la celda de batería. En este caso, la unidad 210 de medición de tensión puede medir la tensión de la celda de batería en intervalos de tiempo específicos. Por ejemplo, la unidad 210 de medición de tensión puede medir una tensión durante un periodo de reposo tras la carga o descarga de la celda de batería. Además, la unidad 210 de medición de tensión puede medir la corriente que fluye en la celda de batería.
Cuando un patrón de registro de datos de tensión de la celda de batería se desvía de un intervalo de referencia preestablecido, la unidad 220 de filtrado puede determinar los datos de tensión como primeros datos. Más específicamente, cuando al menos uno de un tiempo de registro y el número de datos de tensión de la celda de batería se desvían de un intervalo de referencia, la unidad 220 de filtrado puede determinar los datos de tensión como los primeros datos.
Por ejemplo, el patrón de registro de los datos de tensión de la celda de batería puede estar destinado a extraer cuatro datos de tensión en la unidad de 5 minutos. En este caso, puede haber un error en un tiempo de registro como cuando un tiempo de registro de los datos de tensión de la celda de batería es (59, 10, 20, 5 minutos), o pueden omitirse datos de registro específicos como cuando un tiempo de registro es (5, 10, 20 minutos) o (10, 15, 20 minutos), etc. En este caso, la unidad 220 de filtrado puede clasificar los datos correspondientes como los primeros datos.
La unidad 230 de análisis estadístico puede determinar segundos datos mediante un análisis estadístico de los datos de tensión de la celda de batería. En este caso, la unidad 230 de análisis estadístico puede realizar análisis estadísticos sobre datos distintos de los datos determinados como primeros datos por la unidad 220 de filtrado. La unidad 230 de análisis estadístico puede calcular los datos diferenciales dV/dt, para la celda de batería, de una tensión con respecto a un tiempo. Como se describirá a continuación, los datos diferenciales de la tensión con respecto al tiempo muestran una tendencia más destacada que los datos de tensión registrados, de forma que la unidad 230 de análisis estadístico pueda utilizar los datos diferenciales de la tensión con respecto al tiempo.
Más específicamente, la unidad 230 de análisis estadístico puede extraer datos de componente principal para los datos de tensión realizando un análisis de componente principal (PCA) sobre los datos diferenciales.
La unidad 230 de análisis estadístico puede calcular una pluralidad de clústeres a través del agrupamiento k-means sobre los datos de componente principal y determinar los datos diferenciales incluidos en un clúster particular como segundos datos y los datos diferenciales no incluidos en el clúster como primeros datos.
Por ejemplo, los primeros datos pueden ser datos en los cuales los datos de tensión de la celda de batería están en forma discontinua y los segundos datos pueden ser datos en los cuales los datos de tensión de la celda de batería están en forma continua. Es decir, los primeros datos pueden ser datos que no son fáciles de analizar y los segundos datos pueden ser datos que son fáciles de analizar.
Como tal, el aparato 200 de estimación de capacidad de batería de acuerdo con una realización de la presente invención puede aplicar un modelo de estimación de capacidad por separado para los primeros datos y los segundos datos que tienen diferentes formas generales, mejorando de este modo la precisión en comparación con cuando se utilizan convencionalmente datos donde se combinan los primeros datos y los segundos datos. Por ejemplo, con el aparato 200 de estimación de capacidad de batería de acuerdo con una realización de la presente invención, en la carga y descarga de la batería, cuando se predice una capacidad de 300 ciclos utilizando datos relativos a los 100 ciclos iniciales, la precisión puede mejorarse aplicando datos por separado al modelo de estimación de la capacidad.
La unidad 240 de estimación de capacidad puede estimar una capacidad aplicando datos, clasificados por la unidad 220 de filtrado o la unidad 230 de análisis estadístico para la celda de batería que es un objetivo de medición, al modelo de estimación de capacidad generado por separado para los primeros datos y los segundos datos. Por ejemplo, el modelo de estimación de capacidad puede ser un modelo de redes de memoria a corto-largo plazo (LSTM). En este caso, el modelo de estimación de capacidad generado para cada uno de los primeros datos y los segundos datos puede incluir un valor de parámetro diferente.
Por su parte, aunque no se muestra en la Figura 2, el aparato 200 de estimación de capacidad de batería de acuerdo con una realización de la presente invención puede incluir una unidad de almacenamiento. En este caso, la unidad de almacenamiento puede almacenar diversos datos, tales como los datos de tensión medidos por la unidad 210 de medición de tensión, los datos de tensión clasificados por la unidad 220 de filtrado y la unidad 230 de análisis estadístico, un programa de estimación de la capacidad, etc. El aparato 200 de estimación de capacidad de batería de acuerdo con una realización de la presente invención puede funcionar transmitiendo y recibiendo los datos descritos anteriormente en comunicación con un servidor externo a través de una unidad de comunicación (no mostrada), en lugar de incluir la unidad de almacenamiento.
Como tal, con el aparato 200 de estimación de capacidad de batería de acuerdo con la presente invención, los datos que son fáciles de analizar y los datos que no son fáciles de analizar pueden distinguirse de entre los datos de registro de una celda de batería y puede aplicarse un modelo de estimación de la capacidad a cada dato, estimando de este modo de forma precisa y eficaz una capacidad de la celda de batería.
La Figura 3 es un diagrama de flujo que muestra una operación, realizada por un aparato de estimación de capacidad de batería, de clasificar datos de acuerdo con una realización de la presente invención.
Haciendo referencia a la Figura 3, el aparato de estimación de capacidad de batería de acuerdo con una realización de la presente invención puede determinar si una celda de batería se encuentra actualmente en estado de reposo (es decir, corriente = 0) en la operación S310. Cuando la celda de la batería está en estado de reposo, puede determinarse si los datos de tensión se registran de acuerdo con un esquema preestablecido, en la operación S320. Por ejemplo, el esquema de registro puede ser registrar cuatro datos de tensión en un intervalo de 5 minutos.
Cuando los datos de tensión están fuera del esquema de registro preestablecido (NO), los datos de tensión pueden clasificarse como los primeros datos en la operación S330. Por otro lado, cuando los datos de tensión se registran normalmente de acuerdo con el esquema preestablecido (SÍ), los datos diferenciales dV/dt de los datos de tensión con respecto a un tiempo pueden calcularse en la operación S340.
A continuación, los datos de la característica (componente principal), pueden extraerse mediante PCA con respecto a los datos diferenciales de la tensión. En este caso, al realizar un PCA sobre los datos diferenciales, se puede reducir una dimensión de los datos. Al aplicar el agrupamiento k-mean a los datos de componente principal, los datos pueden clasificarse en una pluralidad de clústeres en la operación S360.
Cuando los datos clasificados no se incluyen en un clúster concreto (p, ej., Clúster 2) (NO), los datos pueden clasificarse como los primeros datos en la operación S370. Por otro lado, cuando los datos se incluyen en el clúster concreto (SÍ), los datos pueden clasificarse como segundos datos en la operación S380.
Como tal, con el aparato de estimación de capacidad de batería de acuerdo una realización de la presente invención, los datos de tensión pueden identificarse comprobando una unidad de tiempo de los datos de registro y utilizando un PCA y un algoritmo de agrupamiento k-means. Así, los datos con características similares pueden clasificarse, realizando de este modo una estimación eficiente y precisa de la capacidad de la batería.
La Figura 4 es un diagrama que muestra una correlación entre los datos de registro y la capacidad de una celda de batería.
En la Figura 4, un gráfico izquierdo puede indicar una correlación con la capacidad de una batería (p. ej., un SOH) (un eje y), con respecto a cada uno de los datos diferenciales (dV1, dV2, dV3, y dV4) (un eje x) de una tensión con respecto a un tiempo tras la carga y descarga y una tabla derecha puede indicar datos de registro de una tensión tras la carga y descarga de la batería.
Haciendo referencia a la Figura 4, el eje x puede indicar datos diferenciales de tensión dV1, dV2, dV3, y dV4 tras la carga y los datos diferenciales de tensión dV1, dV2, dV3, y dV4 tras la descarga. En este caso, en el gráfico de la Figura 4, una correlación con la capacidad de una batería puede ser alta, ya que el valor del eje y se aproxima a 1 o -1 y una longitud de una barra vertical es corta. Es decir, se puede observar que los datos (25 y 29), inmediatamente después de la carga y descarga tienen una correlación más alta con un valor de capacidad de la batería que otros datos. Esto se debe a que un cambio de tensión inmediatamente después de la carga y descarga es más claro que un cambio de tensión posterior.
La Figura 5 es un diagrama que muestra que los datos de registro de una celda de batería están clasificados en una pluralidad de clústeres mediante un aparato de estimación de capacidad de batería de acuerdo con una realización de la presente invención.
Haciendo referencia a la Figura 5, un eje x puede indicar el número de ciclos de carga y descarga de una celda de batería y un eje y puede indicar datos diferenciales dV1 a dV4 de una tensión con respecto a un tiempo en un periodo de reposo tras la carga y descarga de la celda de batería. El clúster 1 puede indicar los primeros datos descritos anteriormente y el clúster 2 puede indicar los segundos datos descritos anteriormente.
Como se muestra en la Figura 5, los primeros datos pertenecientes al Clúster 1 pueden indicar que los datos son relativamente discontinuos. Es decir, los primeros datos pueden ser irregulares por naturaleza y, por tanto, puede que no sea fácil realizar un análisis de la capacidad de la batería a partir de ellos.
Por su parte, los segundos datos pertenecientes al Clúster 2 pueden ser continuos y tener una curva suave en comparación con los primeros datos. Es decir, los segundos datos pueden tener una tendencia más constante que los primeros datos y pueden ser fáciles de analizar.
La Figura 6 es un diagrama que muestra que los datos de registro de todas las celdas de la batería se clasifican en una pluralidad de clústeres por un aparato de estimación de la capacidad de batería de acuerdo con una realización de la presente invención.
Haciendo referencia a la Figura 6, un eje x puede indicar el número de ciclos de carga y descarga de una celda de batería, y un eje y puede indicar datos diferenciales dV2 de una tensión con respecto a un tiempo en un periodo de reposo tras la carga y descarga de toda la celda de batería.
Como en la Figura 5, incluso cuando se suman los datos de todas las celdas de batería, los datos pertenecientes al Clúster 1 pueden sobresalir a menudo de forma irregular de un extremo superior o de un extremo inferior. Por otro lado, los datos pertenecientes al Clúster 2 pueden tener una forma más suave en comparación con el Clúster 1. Así, puede calcularse con mayor precisión un resultado en la estimación de la capacidad de la batería.
La Figura 7 muestra un ejemplo de una LSTM de un aparato de estimación de capacidad de batería de acuerdo con una realización de la presente invención.
El modelo de estimación de capacidad mostrado en la Figura 7 puede indicar una LSTM. En la Figura 7, C puede indicar información a largo plazo, h puede indicar información en una etapa anterior, a y tanh pueden indicar funciones de activación, W puede indicar un valor de peso y b puede indicar ruido. La LSTM de la Figura 7 puede incluir una capa de puerta de olvido, una capa de decisión, una operación de actualización del nuevo valor de estado y una operación de decisión del valor de salida.
Más específicamente, la capa de puerta de olvido puede determinar si retener (1) o descartar (0) cierta información con una entrada de ht-1 y Xt que tiene un valor de salida entre 0 y 1. Además, en la capa de decisión, puede determinarse un valor que debe actualizarse para almacenar un nuevo estado. En este caso, un valor a actualizar puede determinarse en la capa de puerta de entrada y un vector C de nuevos valores candidatos a ser añadidos de nuevo a un estado de celda puede generarse en la capa tanh.
Es más, en la operación de actualización del estado de la nueva celda, un antiguo estado de celda Ct-1 puede actualizarse a un nuevo estado de celda Ct. En la operación para determinar el valor de salida, se puede determinar un valor de salida y extraer un valor entre -1 y 1 para un estado de celda mediante una función tanh, tras lo cual se puede multiplicar un valor de salida por el valor de salida de la capa de puerta de olvido.
Como tal, cuando los datos de tensión de la serie tiempos anterior se introducen en el modelo de estimación de capacidad mostrado en la Figura 7, un valor de capacidad (p. ej., un % de capacidad), de la celda de la batería puede obtenerse mediante los procesos anteriores. Por su parte, el modelo LSTM de la Figura 7 tiene una configuración conocida, por lo que no se describirá en detalle.
Sin embargo, la LSTM de la Figura 7 es solo un ejemplo, de modo que el modelo de estimación de capacidad de acuerdo con la presente invención no está limitado al mismo y pueden utilizarse diversos modelos de estimación.
La Figura 8 es un diagrama de flujo que muestra un método de estimación de capacidad de batería de acuerdo con una realización de la presente invención.
Haciendo referencia a la Figura 8, un método de estimación de capacidad de batería de acuerdo con una realización de la presente invención mide una tensión de una celda de la batería en la operación S810. En este caso, en la operación S810, la tensión de la celda de batería puede medirse a intervalos de tiempo específicos. Por ejemplo, puede medirse una tensión durante un periodo de reposo tras la carga o descarga de la celda de batería.
Cuando un patrón de registro de datos de tensión de la celda de batería se desvía de un intervalo de referencia preestablecido, los datos de tensión pueden determinarse como los primeros datos, en la operación S820. Más específicamente, cuando al menos uno de un tiempo de registro y el número de datos de tensión de la celda de batería se desvían del intervalo de referencia, los datos de tensión pueden determinarse como los primeros datos. Por ejemplo, el patrón de registro de los datos de tensión de la celda de batería puede estar destinado a extraer cuatro datos de tensión en la unidad de 5 minutos.
A continuación, los segundos datos pueden determinarse mediante un análisis estadístico de los datos de tensión de la celda de batería, en la operación S830. Los datos diferenciales dV/dt, para la celda de batería, de una tensión con respecto a un tiempo, pueden calcularse en la operación S830. Más específicamente, los datos de componente principal para los datos de tensión pueden extraerse realizando un PCA sobre los datos diferenciales, en la operación S830. Se puede calcular una pluralidad de clústeres mediante el agrupamiento k-means sobre los datos de componente principal y los datos diferenciales incluidos en un clúster particular se pueden determinar como los segundos datos y los datos diferenciales no incluidos en el clúster como los primeros datos.
En último lugar, los primeros datos y los segundos datos extraídos en las operaciones S820 y S830 pueden aplicarse al modelo de estimación de capacidad, respectivamente, estimando de este modo la capacidad de la celda de batería en la operación S840. Por ejemplo, el modelo de estimación de capacidad puede ser un modelo LSTM. En este caso, los modelos de estimación de capacidad de los primeros datos y de los segundos pueden ser idénticos, pero los valores de los parámetros introducidos en los modelos de estimación de capacidad pueden ser diferentes.
Como tal, con el método de estimación de capacidad de batería de acuerdo con la presente invención, los datos que son fáciles de analizar y los datos que no son fáciles de analizar pueden distinguirse de entre los datos de registro de una celda de batería y puede aplicarse un modelo de estimación de la capacidad a cada dato, estimando de este modo de forma precisa y eficaz una capacidad de la celda de batería.
La Figura 9 es un diagrama de bloques que muestra una estructura de hardware de un aparato de diagnóstico de anomalía de batería de acuerdo con una realización de la presente invención.
Haciendo referencia a la Figura 9, un aparato 900 de estimación de capacidad de batería de acuerdo con una realización de la presente invención puede incluir una unidad microcontroladora (MCU) 910, una memoria 920, una interfaz (I/F) 930 de entrada/salida y una I/F 940 de comunicación.
La MCU 910 puede ser un procesador que ejecuta varios programas (p. ej., un programa de estimación de capacidad de batería, un programa de análisis de componente principal, un programa de agrupamiento k-means, etc.), almacenados en la memoria 920, procesa diversos datos para su clasificación, estimación de la capacidad, etc., de la celda de la batería a través de estos programas y ejecuta las funciones descritas anteriormente de la Figura 2.
La memoria 920 puede almacenar varios programas relativos al análisis estadístico, estimación de la capacidad, etc., de la celda de batería. Es más, la memoria 920 puede almacenar diversos datos, tal como datos de tensión de la celda de batería, datos diferenciales de una tensión de la celda de batería, etc.
La memoria 920 puede proporcionarse en plural, en función de una necesidad. La memoria 920 puede ser una memoria volátil o no volátil. Para la memoria 920 como la memoria volátil, puede usarse memoria de acceso aleatorio (RAM), RAM dinámica (DRAM), RAM estática (SRAM), etc. Para la memoria 920 como memoria no volátil, puede usarse memoria de solo lectura (ROM), ROM programable (PROM), ROM alterable eléctricamente (EAROM), Pr OM borrable (EPROM), PROM programable borrable eléctricamente (EEPROM), memoria flash, etc. Los ejemplos anteriores de la memoria 720 son meramente ilustrativos y no están limitados a los mismos.
La I/F 930 de entrada/salida puede proporcionar una interfaz para transmitir y recibir datos conectando un dispositivo de entrada (no mostrado), tal como un teclado, un ratón, un panel táctil, etc., y un dispositivo de salida tal como una pantalla (no mostrada), etc., con la MCU 710.
La I/F 940 de comunicación, que es un componente capaz de transmitir y recibir diversos datos hacia y desde un servidor, puede ser varios tipos de dispositivos capaces de soportar la comunicación por cable o inalámbrica. Por ejemplo, un programa para el análisis estadístico y la estimación de capacidad o varios datos pueden ser transmitidos y recibidos a y desde un servidor externo proporcionado por separado a través de la I/F 940 de comunicación.
Como tal, un programa informático de acuerdo con una realización de la presente invención puede ser grabado en la memoria 920 y procesado por la MCU 910, implementándose así como un módulo que ejecuta los bloques de funciones mostrados en la Figura 2.
Aunque todos los componentes que constituyen una realización de la presente invención se han descrito anteriormente como combinados en uno u funcionando en combinación, la presente invención no se limita necesariamente a la realización. Es decir, dentro del alcance del objeto de la presente invención, todos los componentes pueden funcionar combinándose selectivamente en uno o más.
Es más, términos tales como "incluir", "constituir" o "tener" descritos anteriormente pueden significar que el componente correspondiente puede ser inherente, salvo que se indique lo contrario, y por lo tanto deben interpretarse como que incluye además otros componentes en lugar de excluir otros componentes. Todos los términos, incluidos los términos técnicos o científicos, tienen el mismo significado que los generalmente entendidos por los expertos en la técnica, salvo que se indique lo contrario. Los términos utilizados de forma general, al igual que los términos definidos en los diccionarios, deben interpretarse como significados que son iguales que los significados contextuales de la tecnología pertinente y no deben interpretarse como significados ideales o excesivamente formales, salvo que estén claramente definidos en la presente invención.
La descripción anterior es meramente ilustrativa de la idea técnica de la presente invención y diversas modificaciones y variaciones serán posibles sin desviarse de las características esenciales de la presente invención por aquellos de habilidad ordinaria en la técnica a la que pertenece la presente invención. Por lo tanto, las realizaciones divulgadas en la presente invención están destinadas a la descripción y no a la limitación y el alcance de la presente invención no está limitado por estas realizaciones. El alcance de protección de la presente invención está definido por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un aparato de estimación de capacidad de batería que comprende:
una unidad (210) de medición de tensión configurada para medir la tensión de una celda de batería;
una unidad (220) de filtrado configurada para determinar los datos de tensión como primeros datos cuando un patrón de registro de los datos de tensión de la celda de batería se desvía de un intervalo de referencia preestablecido;
una unidad (230) de análisis estadístico configurada para determinar segundos datos mediante un análisis estadístico de los datos de tensión de la celda de batería; y
una unidad (240) de estimación de capacidad configurada para estimar una capacidad mediante la aplicación de datos, clasificados por la unidad de filtrado o la unidad de análisis estadístico para una celda de batería que es un objetivo de medición, para los modelos de estimación de capacidad generados por separado para los primeros datos y los segundos datos.
2. El aparato de estimación de capacidad de batería de la reivindicación 1, en donde la unidad de análisis estadístico está configurada para realizar análisis estadísticos de datos distintos de los determinados como primeros datos por la unidad de filtrado.
3. El aparato de estimación de capacidad de batería de la reivindicación 1, en donde la unidad de análisis estadístico está configurada para calcular datos diferenciales de un tensión de la celda de batería con respecto a un tiempo.
4. El aparato de estimación de capacidad de batería de la reivindicación 3, en donde la unidad de análisis estadístico está configurada para extraer una pluralidad de datos diferenciales como datos de un componente principal mediante la realización de un análisis de componente principal (ACP) sobre la pluralidad de datos diferenciales.
5. El aparato de estimación de capacidad de batería de la reivindicación 4, en donde la unidad de análisis estadístico está configurada para calcular una pluralidad de clústeres mediante el agrupamiento k-means sobre los datos de componente principal y determina los datos diferenciales como los segundos datos cuando los datos diferenciales están incluidos en un clúster preestablecido.
6. El aparato de estimación de capacidad de batería de la reivindicación 5, en donde la unidad de análisis estadístico está configurada para determinar datos diferenciales no incluidos en el clúster como los primeros datos.
7. El aparato de estimación de capacidad de batería de la reivindicación 1, en donde el modelo de estimación de capacidad es un modelo de redes de memoria a corto-largo plazo (LSTM).
8. El aparato de estimación de capacidad de batería de la reivindicación 1, en donde la unidad de medición de tensión está configurada para medir una tensión durante un periodo de reposo tras la carga o descarga de la celda de batería.
9. El aparato de estimación de capacidad de batería de la reivindicación 1, en donde cuando al menos uno de un tiempo de registro y un número de datos de tensión de la celda de la batería se desvía del intervalo de referencia, la unidad de filtrado determina los datos de tensión como los primeros datos.
10. El aparato de estimación de capacidad de batería de la reivindicación 1, en donde los primeros datos son datos en los cuales los datos de tensión de la celda de batería están en forma discontinua y los segundos datos son datos en los cuales los datos de tensión de la celda de la batería están en forma continua.
11. Un método de estimación de capacidad de batería que comprende:
medir (S810) la tensión de una celda de batería;
determinar (S820) los datos de tensión como primeros datos cuando un patrón de registro de los datos de tensión de la celda de batería se desvía de un intervalo de referencia preestablecido;
determinar (S830) segundos datos mediante un análisis estadístico de los datos de tensión de la celda de batería; y
estimar (S840) una capacidad de la celda de batería aplicando los primeros datos y los segundos datos a modelos de estimación de capacidad, respectivamente.
12. El método de estimación de capacidad de batería de la reivindicación 11, que además comprende el cálculo de datos diferenciales de una tensión con respecto a un tiempo para la celda de batería.
13. El método de estimación de capacidad de batería de la reivindicación 12, que además comprende la extracción de una pluralidad de datos diferenciales como datos de un componente principal mediante la realización de un análisis de componente principal (ACP) sobre la pluralidad de datos diferenciales.
14. El método de estimación de capacidad de batería de la reivindicación 13, en donde la determinación de los segundos datos comprende el cálculo de una pluralidad de clústeres mediante el agrupamiento k-means sobre los datos de componente principal y la determinación de los datos diferenciales como los segundos datos cuando los datos diferenciales se incluyen en un clúster preestablecido.
15. El método de estimación de capacidad de batería de la reivindicación 14, que además comprende la determinación de datos diferenciales no incluidos en el clúster como los primeros datos.
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