ES3048112T3

ES3048112T3 - Apparatus and method for managing ocv-soc profile of battery

Info

Publication number: ES3048112T3
Application number: ES22890380T
Authority: ES
Inventors: Hyun-Chul Lee; Seung-Hyun Kim; An-Soo Kim; Chae-Bin Shin
Original assignee: LG Energy Solution Ltd
Current assignee: LG Energy Solution Ltd
Priority date: 2021-11-02
Filing date: 2022-11-02
Publication date: 2025-12-09
Anticipated expiration: 2042-11-02
Also published as: JP2024513368A; EP4296699B1; US20250015625A1; EP4622052A3; EP4296699A1; EP4296699A4; HUE073349T2; KR102877517B1; JP7808120B2; KR20230063786A; PL4296699T3; WO2023080649A1; CN116917751A; EP4622052A2

Abstract

La presente invención proporciona un aparato para gestionar el perfil OCV-SOC de una batería y un método para ello. El aparato, según la presente invención, incluye: un sistema de almacenamiento para almacenar varios perfiles OCV-SOC con una sección superpuesta dentro de un rango predeterminado de estado de carga (SOC); y un sistema de control conectado al sistema de almacenamiento. El sistema de control puede configurarse para calcular la capacidad parcial de una batería dentro del rango de SOC de la sección superpuesta durante la carga o descarga de la batería, determinar la tasa de reducción de la capacidad parcial actual en comparación con la capacidad parcial en el estado BOL de la batería, seleccionar un perfil OCV-SOC correspondiente a la tasa de reducción entre los perfiles OCV-SOC, convertir el perfil OCV-SOC actual en el perfil OCV-SOC seleccionado y controlar la carga o descarga de la batería utilizando el perfil OCV-SOC modificado. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0002] Aparato y método para gestionar un perfil de OCV-SOC de batería

[0003] Sector de la técnica

[0004] La presente descripción se refiere a un aparato y un método para gestionar un perfil de tensión de circuito abierto (OCV, por sus siglas en inglés)-estado de carga (SOC, por sus siglas en inglés) de una batería y, más particularmente, a un aparato y un método para gestionar un cambio adaptivo de un perfil de OCV-SOC de una batería según el grado de degradación de la batería.

[0005] La presente solicitud reivindica prioridad con respecto a la Solicitud de Patente Coreana n.° 10-2021-0149216 presentada el 2 de noviembre de 2021 en la República de Corea.

[0006] Antecedentes de la invención

[0007] A medida que las baterías se degradan, sus características como, por ejemplo, resistencia o capacidad, cambian. Cuando las características de las baterías cambian, es necesario cambiar los perfiles de tensión de circuito abierto (OCV)-estado de carga (SOC) que son la base de la estimación del SOC.

[0008] El perfil de OCV-SOC es una curva que muestra una correspondencia de uno a uno entre el SOC y la OCV en el sistema de coordenadas X-Y. En el sistema de coordenadas X-Y, el eje X indica el SOC y el eje Y indica la OCV. El perfil de OCV-SOC define el límite superior de la tensión de carga de batería y el límite inferior de la tensión de descarga. Además, el perfil de OCV-SOC provee criterios para determinar el SOC a partir de la OCV o, por el contrario, para determinar la OCV a partir del SOC.

[0009] La FIG. 1 es un diagrama que muestra un ejemplo del perfil de OCV-SOC de la batería en su inicio de vida útil (BOL, por sus siglas en inglés) y el perfil de OCV-SOC de la batería en la mitad de la vida útil (MOL, por sus siglas en inglés). El estado BOL se refiere a una condición de la batería sin degradar, y el estado MOL se refiere a una condición de la batería degradada tras repetidas cargas/descargas. El perfil de OCV-SOC en la MOL como se muestra es un perfil en el que la capacidad de la batería es 10 % menor que en el BOL.

[0010] Con referencia a la FIG. 1, cuando la batería en el BOL se carga y descarga, el intervalo de OCV es de 3,450 V a 4,157 V (de aquí en adelante, intervalo de OCV en el BOL). Además, cuando la batería en la MOL se carga y descarga, el intervalo de OCV es de 3,3 V a 4,158 V (de aquí en adelante, intervalo de OCV en la MOL).

[0011] Un aparato de gestión de batería reemplaza el perfil de OCV-SOC actual por el perfil de OCV-SOC en la MOL, cuando la capacidad de la batería es menor que la capacidad en el BOL por el umbral. Esto se debe a que es necesario reemplazar el perfil de OCV-SOC a medida que la capacidad de la batería se degrada para controlar de manera segura la carga/descarga de la batería.

[0012] En un ejemplo, cuando la capacidad de la batería es al menos un 10 % menor que la capacidad en el BOL, el aparato de gestión de batería cambia el perfil de OCV-SOC del perfil de línea continua al perfil de línea discontinua. El intervalo de OCV en la MOL tiene un límite superior mayor y un límite inferior menor que el intervalo de OCV en el BOL. Por consiguiente, cuando se mide la capacidad de la batería durante la carga o descarga de la batería en el intervalo de OCV en la MOL, la capacidad es menor que la capacidad en el BOL, y la reducción de la capacidad es de menos del 10 % (por ejemplo, 8 %). Esto se debe a que el perfil de OCV-SOC cambia a medida que la capacidad de la batería disminuye, pero el intervalo de OCV utilizado para calcular la capacidad se amplía ligeramente, y con la ampliación del intervalo de OCV, la capacidad disponible también aumenta ligeramente.

[0013] Cuando simplemente se cambia el perfil de OCV-SOC según la reducción de la capacidad de batería como se hace convencionalmente, en el ejemplo anterior, el perfil de OCV-SOC cambia del perfil de línea discontinua al perfil de línea continua de nuevo. La reducción de capacidad medida en el intervalo de OCV en la MOL con los límites superior e inferior ampliados no cumple con la condición de cambio (es decir, la reducción de capacidad es de un 10 % o más) del perfil de OCV-SOC y, por lo tanto, el perfil OCV-SOC vuelve al perfil en el BOL.

[0014] Además, cuando el perfil de OCV-SOC vuelve al perfil en el BOL, el intervalo de OCV se reduce ligeramente al intervalo de OCV en el BOL, y la capacidad medida en el intervalo de OCV en el BOL disminuye de nuevo por el umbral (10 %). Por consiguiente, el aparato de gestión de batería cambia el perfil de OCV-SOC de un perfil de línea continua al perfil de línea discontinua de nuevo. Además, después del cambio del perfil de OCV-SOC, la reducción de capacidad medida en el intervalo de OCV en la MOL con los límites superior e inferior ampliados es menor que el umbral (por ejemplo, 8 %), y entonces el aparato de gestión de batería cambia el perfil de OCV-SOC de nuevo del perfil de línea discontinua al perfil de línea continua, provocando una conmutación de perfil repetida.

[0015] La conmutación repetida del perfil de OCV-SOC degrada la seguridad y fiabilidad del control de batería, por lo que existe la necesidad de un nuevo enfoque para gestionar el cambio en el perfil de OCV-SOC.

[0016] Los documentos EP2527855 B1 y DE 10 2010 019128 A1 se refieren a la determinación de la capacidad de corriente de una batería según variaciones en las curvas OCV-SOC.

[0017] Explicación de la invención

[0018] Problema técnico

[0019] La presente descripción está diseñada según los antecedentes descritos anteriormente y, por lo tanto, la presente descripción está dirigida a proveer un aparato y un método para gestionar un perfil de tensión de circuito abierto (OCV)-estado de carga (SOC) de una batería al establecer de manera novedosa un criterio de cambio de perfil en la gestión de cambios del perfil de OCV-SOC a medida que la capacidad de la batería se degrada con el fin de resolver el problema de conmutaciones repetidas del perfil de OCV-SOC.

[0020] La presente descripción está dirigida además a proveer un sistema o un vehículo eléctrico que comprenda un aparato para gestionar un perfil de OCV-SOC de una batería.

[0021] Solución técnica

[0022] Para resolver el problema técnico descrito anteriormente, se provee un aparato según la reivindicación 1 en un primer aspecto.

[0023] Según una realización, el medio de control puede estar configurado para recibir el valor de medición de corriente de la batería del medio de medición, y para calcular la capacidad parcial de la batería en el intervalo de SOC de la zona superpuesta utilizando un método de acumulación de corriente.

[0024] Según una realización, el medio de control puede estar configurado para seleccionar el perfil de OCV-SOC correspondiente a un primer umbral predefinido de entre los múltiples perfiles de OCV-SOC en respuesta a la relación de reducción correspondiente al primer umbral, cambiar el perfil de OCV-SOC referenciado hasta ese momento al perfil de OCV-SOC seleccionado, y controlar la carga o descarga de la batería utilizando el perfil de OCV-SOC cambiado.

[0025] Según otra realización, el medio de control puede estar configurado para seleccionar el perfil de OCV-SOC correspondiente a un segundo umbral predefinido de entre los múltiples perfiles de OCV-SOC en respuesta a la relación de reducción correspondiente al segundo umbral (mayor que el primer umbral), cambiar el perfil de OCV-SOC referenciado hasta ese momento al perfil de OCV-SOC seleccionado, y controlar la carga o descarga de la batería utilizando el perfil de OCV-SOC cambiado.

[0026] Para resolver el problema técnico descrito anteriormente, se provee un método según la reivindicación 7 en un segundo aspecto.

[0027] El problema técnico de la presente descripción también se puede resolver mediante un sistema y un vehículo eléctrico que incluye el aparato descrito anteriormente para gestionar un perfil de OCV-SOC de una batería.

[0028] Efectos ventajosos

[0029] Según la presente descripción, es posible resolver el problema de conmutaciones repetidas del perfil de tensión de circuito abierto (OCV)-estado de carga (SOC) referenciado cuando se controla la batería al establecer el nuevo criterio de cambio de perfil en el cambio de perfil de OCV-SOC a medida que la capacidad de la batería se degrada. Por consiguiente, es posible controlar la carga/descarga de la batería con seguridad y fiabilidad según el perfil de OCV-SOC que se adecúe al debilitamiento de la capacidad de batería.

[0030] Breve descripción de los dibujos

[0031] Los dibujos anexos ilustran una realización a modo de ejemplo de la presente descripción y, junto con la descripción detallada a continuación, sirven para proveer una mejor comprensión del aspecto técnico de la presente descripción y, por lo tanto, la presente descripción no debe interpretarse como limitada a los dibujos.

[0032] La FIG. 1 es un diagrama que muestra un ejemplo de un perfil de tensión de circuito abierto (OCV)-estado de carga (SOC) (línea continua) de una batería en el inicio de la vida útil (BOL) y un perfil de OCV-SOC (línea discontinua) de una batería en la mitad de la vida útil (MOL).

[0033] La FIG. 2 es un diagrama esquemático de un aparato para gestionar un perfil de OCV-SOC de una batería según una realización de la presente descripción.

[0034] La FIG. 3 es un diagrama que muestra un ejemplo de múltiples perfiles de OCV-SOC almacenados en un medio de almacenamiento según una realización de la presente descripción.

[0035] La FIG. 4 es un diagrama de flujo de un método para gestionar un perfil de OCV-SOC de una batería según una realización de la presente descripción.

[0036] Realización preferente de la invención

[0037] De aquí en adelante, se describirá una realización a modo de ejemplo de la presente descripción con referencia a los dibujos anexos. Antes de la descripción, se ha de comprender que los términos o las palabras utilizadas en la memoria descriptiva y en las reivindicaciones anexas no deben interpretarse como limitadas a significados generales y de diccionario, sino que deben interpretarse según los significados y conceptos correspondientes a los aspectos técnicos de la presente descripción sobre la base del principio de que el inventor puede definir términos apropiadamente para una mejor explicación. Por lo tanto, las realizaciones descritas en la presente memoria y las ilustraciones de los dibujos son solo una realización a modo de ejemplo de la presente descripción y no describen plenamente el aspecto técnico de la presente descripción, por lo que se debe comprender que se pueden realizar una variedad de otros equivalentes y modificaciones a la misma al momento de presentar la solicitud de patente. La FIG. 2 es un diagrama que muestra una configuración esquemática de un aparato 10 para gestionar un perfil de tensión de circuito abierto (OCV)-estado de carga (SOC) de una batería 11 según una realización de la presente descripción.

[0038] Con referencia a la FIG. 2, el aparato 10 para gestionar el perfil de OCV-SOC de la batería 11 gestiona el perfil de OCV-SOC utilizado para controlar el funcionamiento de la batería 11. El funcionamiento de la batería 11 es cargar o descargar la batería 11. El perfil de OCV-SOC define una relación uno a uno entre la OCV y el SOC según se describe en la técnica anterior. La batería 11 se puede cargar o descargar en el intervalo de OCV del perfil de OCV-SOC.

[0039] La batería 11 puede ser una batería secundaria de litio, y la presente descripción no está limitada por el tipo de batería. Por consiguiente, la batería 11 puede incluir cualquier tipo de batería secundaria que se pueda recargar repetidamente. La batería 11 incluye al menos una celda unitaria. La celda unitaria puede ser una celda tipo bolsa, una celda cilíndrica o una celda prismática. Cuando la batería 11 incluye múltiples celdas unitarias, las celdas unitarias pueden estar conectadas en serie y/o en paralelo.

[0040] En una realización de la presente descripción, se entiende que la batería 11 incluye una celda unitaria o las múltiples celdas unitarias conectadas en serie y/o en paralelo. Sin embargo, la presente descripción no está limitada por la cantidad de celdas unitarias y la relación de conexión eléctrica entre las celdas unitarias.

[0041] La batería 11 puede suministrar potencia de descarga a una carga 12. La carga 12 se refiere a una variedad de dispositivos que se alimentan con potencia desde la batería 11. La carga 12 puede ser un motor de un vehículo eléctrico, un dispositivo eléctrico o electrónico conectado a una red de alimentación, un dispositivo de conversión de potencia o similar. La batería 11 puede cargarse mediante un dispositivo 13 de carga. El dispositivo 13 de carga puede ser una estación de carga de un vehículo eléctrico o un sistema de conversión de energía (PCS, por sus siglas en inglés) de un sistema de almacenamiento de energía. Obviamente, la presente descripción no está limitada por el tipo de carga 12 o de dispositivo 13 de carga.

[0042] Preferiblemente, el aparato 10 puede incluir un medio 14 de almacenamiento para almacenar múltiples perfiles de OCV-SOC que tienen una zona superpuesta en la que los perfiles de OCV-SOC se superponen localmente en un intervalo de SOC predefinido.

[0043] La FIG. 3 es un diagrama que muestra un ejemplo de los múltiples perfiles de OCV-SOC almacenados en el medio 14 de almacenamiento según una realización de la presente descripción.

[0044] Con referencia a la FIG. 3, al menos uno de los múltiples perfiles de OCV-SOC es un perfil de OCV-SOC de la batería 11 en el inicio de la vida útil (BOL) (es preciso ver la línea continua). Además, al menos otro perfil de OCV-SOC es un perfil de OCV-SOC de la batería 11 en la mitad de la vida útil (MOL) (10 % de reducción de capacidad) (es preciso ver la línea discontinua).

[0045] Aunque no se muestra, puede haber dos o más perfiles de OCV-SOC en la MOL. Por ejemplo, el medio 14 de almacenamiento puede además almacenar el perfil de OCV-SOC en la MOL correspondiente al 15 % de reducción en la capacidad de la batería 11 y el perfil de OCV-SOC en la MOL correspondiente al 20 % de reducción en la capacidad de la batería 11. Es obvio para las personas con experiencia en la técnica que la relación de reducción de capacidad correspondiente a cada MOL no está limitada a ello.

[0046] Preferiblemente, los múltiples perfiles de OCV-SOC pueden tener la zona A superpuesta en el intervalo de SOC predefinido. En el dibujo, la zona superpuesta está indicada con un rectángulo. El intervalo de SOC correspondiente a la zona A superpuesta puede ser de aproximadamente 65 % a 100 %. La ubicación de la zona superpuesta y el intervalo de SOC de la misma pueden cambiar dependiendo de los tipos de materiales positivos y negativos incluidos en la batería 11.

[0047] Para las personas con experiencia en la técnica es muy sencillo seleccionar el tipo de material de manera que los múltiples perfiles de OCV-SOC tengan la zona A superpuesta. En un ejemplo, el material de electrodo positivo puede ser un óxido de metal de transición de litio, incluidos Ni, Co y Mn, y el material de electrodo negativo puede ser grafito.

[0048] La zona A superpuesta puede tener un cambio de ubicación o ancho dependiendo del tipo o cantidad de material de electrodo positivo y/o negativo. Además, el intervalo de SOC correspondiente a la zona superpuesta cambia de ubicación o ancho.

[0049] El intervalo de SOC correspondiente a la zona A superpuesta puede definirse mediante la prueba de ciclo de carga/descarga de la batería 11. Los perfiles de OCV- SOC correspondientes cada una de múltiples relaciones de reducción de capacidad se pueden obtener mediante la prueba de ciclo de carga/descarga de la batería 11. Los perfiles de OCV-SOC obtenidos pueden registrarse en el medio 14 de almacenamiento. Para referencia, la prueba de ciclo de carga/descarga es una prueba para medir de manera precisa el debilitamiento de capacidad de la batería 11 y para medir la OCV según el SOC de la batería 11.

[0050] El medio 14 de almacenamiento no está limitado a un tipo particular e incluye cualquier tipo de medio de almacenamiento que pueda registrar y borrar datos y/o información. Por ejemplo, el medio 14 de almacenamiento puede ser una RAM, una ROM, un registro, una memoria flash, un disco duro, o un medio de registro magnético. El medio 14 de almacenamiento puede estar conectado eléctricamente al medio 16 de control, por ejemplo, mediante un bus de datos para permitir acceso al medio 16 de control.

[0051] El medio 14 de almacenamiento almacena y/o actualiza y/o borra y/o transmite programas que incluyen lógicas de control ejecutadas por el medio 16 de control y/o datos generados cuando se ejecutan las lógicas de control, y/o datos, parámetros, tablas/información de búsqueda, o similares, predefinidos.

[0052] Con referencia, otra vez, a la FIG. 2, el aparato 10 puede incluir un medio 15 de medición. El medio 15 de medición puede medir periódicamente la tensión, corriente y temperatura de la batería 11. La corriente puede ser una corriente de carga o descarga.

[0053] Preferiblemente, el medio 15 de medición puede incluir una unidad 15a de medición de tensión, una unidad 15b de medición de corriente y una unidad 15c de medición de temperatura.

[0054] La unidad 15a de medición de tensión mide la tensión de la batería 11 en un intervalo de tiempo predeterminado durante la carga o descarga de la batería 11, y emite el valor de medición de tensión al medio 16 de control.

[0055] La unidad 15a de medición de tensión puede ser un circuito de medición de tensión conocido en el campo técnico correspondiente. Dado que el circuito de medición de tensión es conocido, se omite su descripción detallada.

[0056] La unidad 15b de medición de corriente mide una corriente que fluye a través de la batería 11 en un intervalo de tiempo predeterminado, y emite el valor de medición de corriente al medio 16 de control.

[0057] La unidad 15b de medición de corriente puede ser un circuito de medición de corriente conocido en el campo técnico correspondiente. La unidad 15b de medición de corriente puede ser un sensor de efecto Hall o un sensor de resistencia que emite el valor de tensión correspondiente a la magnitud de la corriente. El valor de tensión puede convertirse en el valor de corriente mediante la ley de Ohm.

[0058] La unidad 15c de medición de temperatura mide la temperatura de la batería 11 en un intervalo de tiempo predeterminado durante la carga o descarga de la batería 11, y emite el valor de medición de temperatura al medio 16 de control.

[0059] La unidad 15c de medición de temperatura puede ser un circuito de medición de temperatura conocido en el campo técnico correspondiente. La unidad 15c de medición de temperatura puede ser un termopar o un dispositivo de medición de temperatura que emite el valor de tensión correspondiente a la temperatura. El valor de tensión puede convertirse en el valor de temperatura utilizando la tabla de búsqueda de conversión de tensión-temperatura (función).

[0060] Además, el aparato 10 puede incluir el medio 16 de control acoplado, de manera utilizable, al medio 14 de almacenamiento y al medio 15 de medición.

[0061] El medio 16 de control puede controlar la carga o descarga de la batería según el perfil de OCV-SOC correspondiente al grado de degradación de la batería 11. En un ejemplo, el medio 16 de control puede cargar la batería 11 hasta la tensión límite superior del perfil de OCV-SOC, y descargar la batería 11 hasta la tensión límite inferior del perfil de OCV-SOC. En otro ejemplo, después de que la batería 11 se mantiene en una condición de no carga durante un tiempo predeterminado, el medio 16 de control puede medir la OCV de la batería 11 utilizando la unidad 15a de medición de tensión, y determinar el SOC correspondiente a la OCV tomando como referencia el perfil de OCV-SOC.

[0062] Además, el medio 16 de control puede calcular la capacidad parcial de la batería en el intervalo de SOC (por ejemplo, del 65 % al 100 %) correspondiente a la zona A superpuesta durante la carga o descarga de la batería 11. La capacidad parcial puede ser un aumento de capacidad cuando la batería 11 se carga del límite inferior al límite superior del intervalo de SOC correspondiente a la zona A superpuesta o una reducción de capacidad cuando la batería 11 se descarga del límite superior al límite inferior del intervalo de SOC correspondiente a la zona A superpuesta. Cuando la eficiencia coulómbica de la batería 11 es 1, el aumento de capacidad y la reducción de capacidad son sustancialmente iguales.

[0063] El medio 16 de control puede recibir el valor de medición de corriente de la batería 11 de la unidad 15b de medición de corriente durante la carga o descarga de la batería 11 en el intervalo de SOC correspondiente a la zona A superpuesta para calcular la capacidad parcial. Además, el medio 16 de control puede calcular la capacidad parcial de la batería 11 en el intervalo de SOC de la zona A superpuesta al acumular el valor de medición de corriente utilizando el método de acumulación de corriente. Cuando se acumula el valor de medición de corriente, la suma de corrientes de carga es un valor positivo, y la suma de corrientes de descarga es un valor negativo.

[0064] El medio 16 de control puede determinar la capacidad de la batería 11 y registrarla en el medio 14 de almacenamiento para determinar el SOC de la batería 11 durante la carga o descarga de la batería 11. Es decir, el medio 16 de control puede determinar la capacidad de la batería 11 al acumular la corriente de la batería 11 medida por la unidad 15b de medición de corriente durante la carga de la batería 11 del límite inferior al límite superior del intervalo de OCV del perfil de OCV-SOC actual o durante la descarga de la batería 11 del límite superior al límite inferior del intervalo de OCV del perfil de OCV-SOC actual y registrarlo en el medio 14 de almacenamiento.

[0065] Además, el medio 16 de control puede determinar el SOC actual al acumular la corriente de la batería 11 según la capacidad de corriente durante la carga o descarga de la batería 11. Específicamente, el medio 16 de control puede medir la OCV cuando la batería 11 está en una condición de no carga, determinar el SOC correspondiente a la OCV medida haciendo referencia al perfil de OCV-SOC actual, determinar el SOC determinado como un valor de SOC inicial, y después cuando la batería 11 comienza a cargarse o descargarse, actualizar periódicamente el valor de corriente acumulada, determinar un cambio de SOC al dividir el valor de corriente acumulada calculado hasta ese momento por la capacidad de corriente de la batería 11, y determinar el SOC actual al sumar el cambio de SOC al valor de SOC inicial. Este método de determinación de SOC es conocido en la técnica correspondiente con el nombre de método de acumulación de corriente.

[0066] En otro ejemplo, el medio 16 de control puede determinar el SOC de la batería 11 utilizando un filtro de Kalman extendido. Con tal fin, el medio 16 de control puede determinar el SOC de la batería 11 en tiempo real al ingresar el valor de características de funcionamiento de la batería 11 medido a través de la unidad 15a de medición de tensión, la unidad 15b de medición de corriente, y la unidad 15c de medición de temperatura en el filtro de Kalman extendido durante la carga o descarga de la batería 11. Aquí, el valor de características de funcionamiento incluye el valor de medición de la tensión, corriente y temperatura de la batería 11.

[0067] El filtro de Kalman extendido utilizado para determinar el SOC a partir de la tensión, corriente y temperatura de la batería 11 es conocido en el campo técnico correspondiente.

[0068] Para la estimación del SOC utilizando el filtro de Kalman extendido, por ejemplo, se puede hacer referencia al estudio"Extended Kalman filtering for battery management systems of LiPB-based HEVbattery packs Parts 1, 2 and3" (Journal of Power Source 134, 2004, 252-261) de Gregory L. Plett, cuya descripción se incorpora a la presente como referencia.

[0069] Preferiblemente, el medio 16 de control puede determinar una primera cantidad de corriente acumulada hasta que el SOC de la batería 11 se corresponda con el límite inferior del intervalo de SOC de la zona A superpuesta. Además, el medio 16 de control puede determinar una segunda cantidad de corriente acumulada hasta que el SOC de la batería 11 se corresponda con el límite superior del intervalo de SOC de la zona A superpuesta. Además, el medio 16 de control puede determinar una diferencia entre la primera cantidad de corriente acumulada y la segunda cantidad de corriente acumulada como la capacidad parcial correspondiente al intervalo de SOC de la zona A superpuesta.

[0070] Preferiblemente, el medio 16 de control puede determinar una relación de reducción de la capacidad parcial de corriente con la capacidad parcial de la batería 11 en el BOL.

[0071] En un ejemplo, cuando la capacidad parcial de la batería 11 en el BOL calculada en el intervalo de SOC (65 % a 100 %) de la zona A superpuesta es de 35 Ah, y la capacidad parcial de la batería 11 en la MOL calculada en el intervalo de SOC de la zona A superpuesta es de 31,5 A, la relación de reducción de la capacidad parcial puede ser del 10 % (3,5/35).

[0072] En otro ejemplo, cuando la capacidad parcial de la batería 11 en el BOL calculada en el intervalo de SOC (65 % a 100 %) de la zona A superpuesta es de 35 Ah, y la capacidad parcial de la batería 11 en la MOL calculada en el intervalo de SOC de la zona A superpuesta es de 28 Ah, la relación de reducción de la capacidad parcial puede ser del 20 % (7/35).

[0073] Preferiblemente, cuando la eficiencia coulómbica de la batería 11 no es 1, el criterio de cálculo de capacidad parcial se puede aplicar igualmente. Es decir, en un caso donde la capacidad parcial en el BOL se mide durante la carga de la batería 11, la capacidad parcial en la MOL se puede medir durante la carga de la batería 11. Por el contrario, en un caso donde la capacidad parcial en el BOL se mide durante la descarga de la batería 11, la capacidad parcial en la MOL se puede medir durante la descarga de la batería 11.

[0074] Además, cuando la relación de reducción cumple la condición de cambio del perfil de OCV-SOC, el medio 16 de control puede seleccionar el perfil de OCV-SOC correspondiente a la relación de reducción de entre los múltiples perfiles de OCV-SOC registrados en el medio 14 de almacenamiento, cambiar el perfil de OCV-SOC actual al perfil de OCV-SOC seleccionado y controlar la carga o descarga de la batería 11 utilizando el perfil de OCV-SOC cambiado, o puede medir la OCV de la batería 11 y estimar el SOC a partir del perfil de OCV-SOC seleccionado. En un ejemplo, cuando la relación de reducción se corresponde con un primer umbral predefinido (por ejemplo, 10 %), el medio 16 de control puede seleccionar el perfil de OCV-SOC correspondiente al primer umbral de entre los múltiples perfiles de OCV-SOC, cambiar el perfil de OCV-SOC actual al perfil de OCV-SOC seleccionado y controlar la carga o descarga de la batería 11 utilizando el perfil de OCV-SOC cambiado, o puede medir la OCV de la batería 11 y estimar el SOC a partir del perfil de OCV-SOC seleccionado.

[0075] En otro ejemplo, cuando la relación de reducción se corresponde con un segundo umbral predefinido (mayor que el primer umbral, por ejemplo, 20 %), el medio 16 de control puede seleccionar el perfil de OCV-SOC correspondiente al segundo umbral de entre los múltiples perfiles de OCV-SOC, cambiar el perfil de OCV-SOC actual al perfil de OCV-SOC seleccionado y controlar la carga o descarga de la batería 11 utilizando el perfil de OCV-SOC cambiado, o puede medir la OCV de la batería 11 y estimar el SOC a partir del perfil de OCV-SOC seleccionado.

[0076] En la presente descripción, el umbral no está limitado a solo el primer umbral o al segundo umbral. Por consiguiente, se pueden definir tres o más umbrales. En este caso, los perfiles de OCV-SOC registrados en el medio 14 de almacenamiento se pueden subclasificar según la relación de reducción de la capacidad parcial.

[0077] Preferiblemente, los múltiples perfiles de OCV-SOC se pueden registrar en el medio 14 de almacenamiento en el formato de estructura de datos con el fin de identificar el perfil de OCV-SOC correspondiente según la relación de reducción de la capacidad parcial.

[0078] En un ejemplo, cada perfil de OCV-SOC puede generarse con una estructura de una tabla de búsqueda y registrarse en el medio 14 de almacenamiento. Además, cada tabla de búsqueda puede estar asignada con un código de identificación para identificarla mediante la relación de reducción de la capacidad parcial. En este caso, el medio 16 de control puede identificar y seleccionar la tabla de búsqueda correspondiente haciendo referencia a la relación de reducción de la capacidad parcial calculada en el intervalo de SOC de la zona A superpuesta, generar el perfil de OCV-SOC haciendo referencia a la tabla de búsqueda identificada, y controlar la carga o descarga de la batería 11 utilizando el perfil de OCV-SOC generado.

[0079] En la presente descripción, la lógica de control utilizada para seleccionar la tabla de búsqueda según la relación de reducción de la capacidad parcial de la batería 11 es sustancialmente la misma que la lógica de control utilizada para seleccionar el perfil de OCV-SOC según la relación de reducción de la capacidad parcial de la batería 11.

[0080] En la presente descripción, el medio 16 de control puede ser un circuito de control. El medio 16 de control puede incluir, de manera selectiva, un procesador, un circuito integrado para aplicaciones específicas (ASIC, por sus siglas en inglés), un conjunto de chips, un circuito lógico, un registro, un módem de comunicación, un dispositivo de procesamiento de datos o similar, conocido en el campo técnico correspondiente para ejecutar las lógicas de control descritas anteriormente. Además, cuando la lógica de control se implementa en software, el medio 16 de control puede estar diseñado como una colección de módulos de programa. En esta instancia, los módulos de programa pueden estar almacenados en memoria y ser ejecutados por el procesador. La memoria puede estar dentro o fuera del procesador, y puede estar conectada al procesador con una variedad de componentes informáticos conocidos. Además, la memoria puede estar incluida en el medio 14 de almacenamiento de la presente descripción. Además, la memoria se refiere de manera colectiva a dispositivos que almacenan información independientemente del tipo de dispositivo y no se refiere a un dispositivo de memoria particular.

[0081] Al menos una de las lógicas de control del medio 16 de control puede combinarse, y las lógicas de control combinadas pueden estar escritas en código legible por ordenador y registradas en un medio de grabación legible por ordenador. El medio de grabación no está limitado a un tipo particular e incluye cualquier tipo de medio de grabación al que se pueda acceder mediante el procesador incluido en el ordenador. Por ejemplo, el medio de grabación incluye al menos uno seleccionado del grupo que consiste en una ROM, una RAM, un registro, un CD-ROM, una cinta magnética, un disco duro, un disco flexible y un dispositivo de grabación de datos ópticos. Además, el código puede almacenarse y ejecutarse en ordenadores distribuidos conectados mediante una red. Además, los programas funcionales, códigos y segmentos de código para implementar las lógicas de control combinadas pueden inferirse fácilmente por programadores en el campo técnico al que pertenece la presente descripción.

[0082] El aparato 10 según la realización descrita anteriormente de la presente descripción puede estar incluido en un sistema de almacenamiento de energía (ESS, por sus siglas en inglés), en un sistema de vehículo eléctrico o en un sistema de suministro de energía ininterrumpido. Además, el aparato 10 puede estar incluido en cualquier sistema que se alimente con energía de la batería 11. El aparato 10 está preferiblemente incorporado en un elemento de control del sistema que lo incluye. El aparato 10 puede calcular la capacidad parcial durante la carga o descarga de la batería del sistema que lo incluye en el intervalo de SOC de la zona A superpuesta, determinar la relación de reducción de la capacidad parcial calculada en ese momento con la capacidad parcial de la batería en el BOL, y cuando la relación de reducción alcanza el umbral, cambiar el perfil de OCV-SOC referenciado cuando se controla la carga/descarga de la batería al perfil más apropiado que refleje el grado de degradación de la batería. Por consiguiente, es posible controlar de manera óptima la carga/descarga de la batería según el grado de degradación de la batería.

[0083] En la presente descripción, el vehículo eléctrico se refiere a un vehículo que funciona mediante un motor como, por ejemplo, un vehículo eléctrico, un vehículo eléctrico híbrido y un vehículo eléctrico híbrido enchufable. El vehículo puede ser un vehículo de dos, tres o cuatro ruedas.

[0084] La FIG. 4 es un diagrama de flujo que muestra el flujo de trabajo de un método para gestionar un perfil de OCV-SOC de una batería según una realización de la presente descripción.

[0085] En el diagrama de flujo, las etapas anteriores no se llevan a cabo necesariamente antes que las etapas posteriores. Las etapas anteriores y etapas posteriores se pueden intercambiar, y una etapa específica se puede mover antes o después de otra etapa. Por consiguiente, se debe comprender que la presente descripción no se encuentra limitada al orden de colocación de las etapas.

[0086] Preferiblemente, las etapas que se muestran en la FIG. 4 se pueden llevar a cabo mediante el medio 16 de control. Para comenzar, en la etapa E10, el medio 16 de control almacena los múltiples perfiles de OCV-SOC que tienen la zona superpuesta (es preciso ver A en la FIG. 3) en la que los perfiles de o CV-SOc se superponen localmente en el intervalo de SOC predeterminado en el medio 14 de almacenamiento. Los múltiples perfiles de OCV-SOC pueden ser provistos por el fabricante de la batería 11. El medio 16 de control puede recibir los múltiples perfiles de OCV-SOC del sistema del fabricante de batería mediante una interfaz E/S (no se muestra) o una interfaz de comunicación (no se muestra) y registrarlos en el medio 14 de almacenamiento. Preferiblemente, los múltiples perfiles de OCV-SOC se pueden almacenar en forma de una tabla de búsqueda, y cada tabla de búsqueda puede estar asignada con un código de identificación para identificarla inequívocamente según la relación de reducción de la capacidad parcial. Además, en la etapa E20, el medio 16 de control mide las características de funcionamiento que incluyen al menos una de la tensión, corriente o temperatura de la batería. Además, el medio 16 de control puede registrar datos asociados a las características de funcionamiento en el medio 14 de almacenamiento junto con un sello de tiempo. Los datos de características de funcionamiento se pueden utilizar para estimar el SOC de la batería 11 y calcular la capacidad parcial.

[0087] Además, en la etapa E30, el medio 16 de control puede controlar la carga o descarga de la batería según el perfil de OCV-SOC actual correspondiente al grado de degradación de la batería.

[0088] En un ejemplo, cuando la batería 11 está en el BOL, el perfil de OCV-SOC actual puede ser un perfil en el BOL. En otro ejemplo, cuando la batería 11 está en la MOL, el perfil de OCV-SOC actual puede ser un perfil en la MOL. Preferiblemente, el perfil de OCV-SOC actual se puede cambiar a otro perfil de OCV-SOC según la relación de reducción de la capacidad parcial en la etapa posterior.

[0089] En la etapa E40, el medio 16 de control calcula la capacidad parcial de la batería 11 en el intervalo de SOC predefinido de la zona A superpuesta durante la carga o descarga de la batería 11.

[0090] Preferiblemente, el medio 16 de control puede calcular la capacidad parcial de la batería 11 al acumular el valor de medición de corriente de la batería 11 en el intervalo de SOC de la zona A superpuesta.

[0091] En un ejemplo, en la etapa E40, el medio 16 de control puede determinar la capacidad de corriente de la batería al acumular el valor de medición de corriente de la batería durante la carga o descarga de la batería 11 en el intervalo de OCV del perfil de OCV-SOC actual, determinar el SOC de la batería al acumular la corriente de carga y la corriente de descarga de la batería según la capacidad de corriente, determinar la primera cantidad de corriente acumulada hasta que el SOC se corresponda con el límite inferior del intervalo de SOC de la zona A superpuesta, determinar la segunda cantidad de corriente acumulada hasta que el SOC se corresponda con el límite superior del intervalo de SOC en la zona A superpuesta, y determinar una diferencia entre la primera cantidad de corriente acumulada y la segunda cantidad de corriente acumulada como la capacidad parcial.

[0092] Preferiblemente, la capacidad de corriente de la batería 11 puede estar predeterminada en el ciclo de carga/descarga de la batería 11 antes de calcular la capacidad parcial y registrada en el medio 14 de almacenamiento. Además, se puede hacer referencia a la capacidad de corriente de la batería 11 registrada en el medio 14 de almacenamiento cuando se determina el SOC de la batería 11.

[0093] A la etapa E40 le sigue la etapa E50.

[0094] En la etapa E50, el medio 16 de control determina la relación de reducción de la capacidad parcial de corriente con la capacidad parcial de la batería 11 en el BOL.

[0095] En la etapa E60, cuando la relación de reducción de la capacidad parcial cumple la condición de cambio del perfil de OCV-SOC, el medio 16 de control selecciona el perfil de OCV-SOc correspondiente a la relación de reducción de entre los múltiples perfiles de OCV-SOC registrados en el medio 14 de almacenamiento.

[0096] En la etapa E70, el medio 16 de control cambia el perfil de OCV-SOC referenciado hasta ese momento al perfil de OCV-SOC seleccionado. Además, en la etapa E80, el medio 16 de control controla la carga o descarga de la batería utilizando el perfil de OCV-SOC cambiado.

[0097] De manera opcional, en la etapa E80, el medio 16 de control puede estimar el SOC de la batería 11 utilizando el perfil de OCV-SOC seleccionado.

[0098] Es decir, cuando la batería 11 está en una condición de no carga, el medio 16 de control puede medir la OCV de la batería 11 utilizando la unidad 15a de medición de tensión, determinar el SOC correspondiente a la OCV medida haciendo referencia al perfil de OCV-SOC seleccionado, y definir el SOC determinado como un SOC (valor inicial) antes de la carga o descarga de la batería 11. En este caso, el medio 16 de control puede acumular el valor de medición de corriente durante la carga o descarga de la batería 11 y determinar el SOC actual de la batería 11 al sumar el valor de SOC inicial determinado a partir de la OCV y el cambio de SOC correspondiente al valor de corriente acumulada hasta ese momento.

[0099] Según la realización específica de las etapas E60 a E80, cuando la relación de reducción de la capacidad parcial se corresponde con el primer umbral predefinido (por ejemplo, 10 %), el medio 16 de control puede seleccionar el perfil de OCV-SOC correspondiente al primer umbral de entre los múltiples perfiles de OCV-SOC registrados en el medio 14 de almacenamiento, cambiar el perfil de OCV-SOC referenciado hasta ese momento al perfil de OCV-SOC seleccionado, y controlar la carga o descarga de la batería 11 o estimar el SOC de la batería 11 utilizando el perfil de OCV-SOC cambiado.

[0100] En otro ejemplo, cuando la relación de reducción de la capacidad parcial se corresponde con el segundo umbral predefinido (mayor que el primer umbral, por ejemplo, 20 %), el medio 16 de control puede seleccionar el perfil de OCV-SOC correspondiente al segundo umbral de entre los múltiples perfiles de OCV-SOC registrados en el medio 14 de almacenamiento, cambiar el perfil de OCV-SOC referenciado hasta ese momento al perfil de OCV-SOC seleccionado, y controlar la carga o descarga de la batería 11 o estimar el SOC de la batería 11 utilizando el perfil de OCV-SOC cambiado.

[0101] En la presente descripción, el nivel del umbral no está limitado solo al primer umbral y al segundo umbral y, por lo tanto, se pueden definir tres o más umbrales, y cuando el nivel del umbral aumenta a tres o más, es obvio para las personas con experiencia en la técnica que el perfil de OCV-SOC registrado en el medio 14 de almacenamiento puede aumentar a tres o más.

[0102] Según la realización descrita anteriormente de la presente descripción, cuando se cambia el perfil de OCV-SOC según el grado de degradación de la batería, es posible resolver el problema de conmutaciones repetidas del perfil de OCV-SOC al cambiar de manera novedosa el criterio de cambio de perfil. Por consiguiente, es posible controlar de manera óptima la carga/descarga de la batería según el grado de degradación de la batería.

[0103] Al describir las diversas realizaciones de la presente descripción, los componentes llamados "medios ~" se han de comprender como componentes que están divididos funcionalmente más que físicamente. Por consiguiente, cada componente puede combinarse de manera selectiva con otro componente o dividirse en subcomponentes para la ejecución eficiente de la(s) lógica(s) de control. Sin embargo, es obvio para las personas con experiencia en la técnica que aunque los componentes se combinen o dividan, los componentes combinados o divididos deben interpretarse como dentro del alcance de la presente descripción en caso de que la identidad de la función esté reconocida.

Claims

1. REIVINDICACIONES

1. Un aparato (10) para gestionar un perfil de tensión de circuito abierto, OCV,-estado de carga, SOC, de una batería (11) que comprende:

un medio (14) de almacenamiento configurado para almacenar múltiples perfiles de OCV-SOC que tienen una zona superpuesta en la que los perfiles de OCV-SOC se superponen en un intervalo de SOC predeterminado;

un medio (15) de medición configurado para medir características de funcionamiento que incluyen al menos una de tensión, corriente o temperatura de la batería (11); y

un medio (16) de control acoplado, de manera utilizable, al medio (14) de almacenamiento y al medio (15) de medición,

en donde el medio (16) de control está configurado para:

controlar la carga o descarga de la batería (11) según el perfil de OCV-SOC correspondiente a un grado de degradación de la batería,

recibir el valor de medición de corriente de la batería (11) del medio (15) de medición durante la carga o descarga de la batería (11) en el intervalo de OCV del perfil de OCV-SOC actual,

determinar una capacidad de corriente de la batería (11) utilizando un método de acumulación de corriente, registrarla en el medio (14) de almacenamiento,

determinar el SOC actual al acumular la corriente de la batería (11) según la capacidad de corriente,

calcular una capacidad parcial de la batería (11) en el intervalo de SOC de la zona superpuesta durante la carga o descarga de la batería (11), determinar una relación de reducción de la capacidad parcial de corriente con la capacidad parcial de la batería (11) en el inicio de la vida útil, BOL, en respuesta a que la relación de reducción cumple una condición de cambio del perfil de OCV-SOC, seleccionar el perfil de OCV-SOC correspondiente a la relación de reducción de entre los múltiples perfiles de OCV-SOC, cambiar el perfil de OCV-SOC actual por el perfil de OCV-SOC seleccionado, y controlar la carga o descarga de la batería (11) utilizando el perfil de OCV-SOC cambiado,

caracterizado por queel medio (16) de control está configurado para:

determinar una primera cantidad de corriente acumulada cuando el SOC se corresponde con un límite inferior del intervalo de SOC de la zona superpuesta,

determinar una segunda cantidad de corriente acumulada cuando el SOC se corresponde con un límite superior del intervalo de SOC de la zona superpuesta, y

determinar una diferencia entre la primera cantidad de corriente acumulada y la segunda cantidad de corriente acumulada como la capacidad parcial.

2. El aparato (10) para gestionar un perfil de OCV-SOC de una batería (11) según la reivindicación 1, en donde el medio (16) de control está configurado para recibir el valor de medición de corriente de la batería (11) del medio (15) de medición, y calcular la capacidad parcial de la batería en el intervalo de SOC de la zona superpuesta utilizando un método de acumulación de corriente.

3. El aparato (10) para gestionar un perfil de OCV-SOC de una batería (11) según la reivindicación 1, en donde el medio (16) de control está configurado para seleccionar el perfil de OCV-SOC correspondiente a un primer umbral predefinido de entre los múltiples perfiles de OCV-SOC en respuesta a la relación de reducción correspondiente al primer umbral, cambiar el perfil de OCV-SOC referenciado hasta ese momento al perfil de OCV-SOC seleccionado, y controlar la carga o descarga de la batería (11) utilizando el perfil de OCV-SOC cambiado.

4. El aparato (10) para gestionar un perfil de OCV-SOC de una batería (11) según la reivindicación 3, en donde el medio (16) de control está configurado para seleccionar el perfil de OCV-SOC correspondiente a un segundo umbral predefinido de entre los múltiples perfiles de OCV-SOC en respuesta a la relación de reducción correspondiente al segundo umbral, mayor que el primer umbral, cambiar el perfil de OCV-SOC referenciado hasta ese momento al perfil de OCV-SOC seleccionado, y controlar la carga o descarga de la batería (11) utilizando el perfil de OCV-SOC cambiado.

5. Un sistema que comprende el aparato (10) para gestionar un perfil de OCV-SOC de una batería (11) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4.

6. Un vehículo eléctrico que comprende el aparato (10) para gestionar un perfil de OCV-SOC de una batería (11) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4.

7. Un método para gestionar un perfil de tensión de circuito abierto, OCV,-estado de carga, SOC, de una batería, que comprende:

(a) almacenar (E10) múltiples perfiles de OCV-SOC que tienen una zona superpuesta en la que los perfiles de OCV-SOC se superponen en un intervalo de SOC predeterminado en un medio de almacenamiento;

(b) medir (E20) características de funcionamiento que incluyen al menos una de tensión, corriente o temperatura de la batería;

(c) controlar (E30) la carga o descarga de la batería según el perfil de OCV-SOC correspondiente a un grado de degradación de la batería;

(d) calcular (E40) una capacidad parcial de la batería en el intervalo de SOC de la zona superpuesta durante la carga o descarga de la batería;

(e) determinar (E50) una relación de reducción de la capacidad parcial de corriente con la capacidad parcial de la batería en el inicio de la vida útil, BOL;

(f) seleccionar (E60) el perfil de OCV-SOC correspondiente a la relación de reducción de entre los múltiples perfiles de OCV-SOC en respuesta a que la relación de reducción cumple una condición de cambio del perfil de OCV-SOC; y

(g) cambiar (E70) el perfil de OCV-SOC actual al perfil de OCV-SOC seleccionado, y controlar la carga o descarga de la batería utilizando el perfil de OCV-SOC cambiado, en donde el método además comprende:

determinar una capacidad de corriente de la batería al acumular el valor de medición de corriente de la batería durante la carga o descarga de la batería en el intervalo de OCV del perfil de OCV-SOC actual; y

determinar el SOC de la batería al acumular la corriente de la batería según la capacidad de corriente,

caracterizado por quela etapa (d) (E40) comprende:

determinar una primera cantidad de corriente acumulada hasta que el SOC se corresponda con un límite inferior del intervalo de SOC de la zona superpuesta;

determinar una segunda cantidad de corriente acumulada hasta que el SOC se corresponda con un límite superior del intervalo de SOC de la zona superpuesta; y

8. El método para gestionar un perfil de OCV-SOC de una batería según la reivindicación 7, en donde la etapa (d) comprende calcular la capacidad parcial de la batería al acumular el valor de medición de corriente de la batería en el intervalo de SOC de la zona superpuesta.

9. El método para gestionar un perfil de OCV-SOC de una batería según la reivindicación 9, en donde la etapa (f) (E60) comprende seleccionar el perfil de OCV-SOC correspondiente a un primer umbral predefinido de entre los múltiples perfiles de OCV-SOC en respuesta a la relación de reducción correspondiente al primer umbral, y en donde la etapa (g) (E70) comprende cambiar el perfil de OCV-SOC referenciado hasta ese momento al perfil de OCV-SOC seleccionado, y controlar la carga o descarga de la batería utilizando el perfil de OCV-SOC cambiado.

10. El método para gestionar un perfil de OCV-SOC de una batería según la reivindicación 9, en donde la etapa (f) (E60) comprende seleccionar el perfil de OCV-SOC correspondiente a un segundo umbral predefinido de entre los múltiples perfiles de OCV-SOC en respuesta a la relación de reducción correspondiente al segundo umbral (mayor que el primer umbral), y

en donde la etapa (g) (E70) comprende cambiar el perfil de OCV-SOC referenciado hasta ese momento al perfil de

OCV-SOC seleccionado, y controlar la carga o descarga de la batería utilizando el perfil de OCV-SOC cambiado.