ES3051507T3 - Discharge voltage graph prediction method and battery system using the same - Google Patents

Abstract

Un método para predecir un gráfico de descarga de corriente constante para una celda de batería, según un aspecto de la invención, comprende los siguientes pasos: medir el tiempo necesario para que la tensión de la celda de batería disminuya a una primera tensión límite de descarga mediante una primera descarga de corriente constante; medir el tiempo necesario para que la tensión de la celda de batería disminuya a una segunda tensión límite de descarga mediante una segunda descarga de corriente constante; y calcular una constante proporcional y un parámetro exponencial en la relación entre la corriente de descarga y el tiempo, basándose en la primera corriente constante y el primer tiempo, y en la segunda corriente constante y el segundo tiempo. Cuando la corriente de descarga es 0, la primera tensión límite de descarga es una tensión de referencia de descarga, menos una primera caída de tensión debida a la primera corriente constante y la resistencia interna de la celda de batería, y la segunda tensión límite de descarga es la tensión de referencia de descarga menos una segunda caída de tensión debida a la segunda corriente constante y la resistencia interna de la celda de batería. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0003] Método de predicción de gráfico de tensión de descarga y sistema de batería que usa el mismo

[0005] Sector de la técnica

[0007] Referencia cruzada a solicitud relacionada

[0009] Esta solicitud reivindica la prioridad y el beneficio de la solicitud de patente coreana n.° 10-2021-0002661 presentada en la Oficina de Propiedad Intelectual de Corea el 8 de enero de 2021.

[0011] La presente divulgación se refiere a un método de predicción de gráfico de tensión de descarga y a un sistema de batería que usa el mismo.

[0013] Antecedentes de la invención

[0015] En la técnica anterior, donde no existe una tecnología de predicción de gráfico de tensión de descarga para baterías secundarias de iones de litio, se realizaron experimentos directos para cada corriente de descarga con el fin de obtener un gráfico de tensión de descarga, y se obtuvo un gráfico de tensión de descarga de una batería de iones de litio alcanzable para la corriente de descarga correspondiente. El gráfico de tensión de descarga es un gráfico de la variación de la tensión de la celda de batería en función del paso del tiempo cuando se descarga con una corriente constante predeterminada, es necesario medir una corriente límite de descarga en un tiempo predeterminado, una resistencia de descarga en un tiempo predeterminado, o una potencia de descarga en un tiempo predeterminado. El documento EP0637754 B1 se refiere a un medidor que comprende medios para medir la corriente de descarga y la tensión de borne de una batería; una tabla de datos que muestre los valores de capacidad disponible que se expresan mediante combinaciones de los valores de las distintas corrientes de descarga y los valores de las tensiones de borne, y que se preparan a partir de los valores medidos previamente; medios de almacenamiento para almacenar la tabla de datos; y medios para mostrar en una pantalla el valor de la capacidad disponible leyendo la capacidad de los medios de almacenamiento en función de los valores de corriente y tensión de los bornes cuando la batería está en uso. El valor de la capacidad disponible se define como la relación entre el tiempo total durante el cual es posible la descarga con una corriente constante a desde la tensión inicial en el estado completamente cargado hasta la tensión final, y el tiempo restante durante el cual es posible la descarga de corriente constante a desde el valor de la tensión de borne medida hasta la tensión final. El documento US5847566 A se refiere a un medidor de capacidad de batería y un método para calcular con precisión la capacidad de batería se obtienen midiendo una tensión de borne de la batería y calculando secuencialmente las tensiones de borne medidas. En un medidor de capacidad de batería de la presente invención, se lleva a cabo un proceso de cálculo. Después de conectar una fuente de alimentación al medidor de capacidad de batería, un valor inicial S0 en estado de carga no coherente Si se calcula a partir de un valor inicial V0 de una tensión de borne Vi. Después, Vi y Si se relacionan con una corriente li, y se forma una ecuación para relacionar una cantidad de variación DELTA Si de Si con Si. El documento EP1096264 A1 se refiere a un dispositivo que acumula una serie de valores umbral de tensión relacionados con el estado de carga, para poder determinar el estado actual de la batería. El dispositivo comprende un circuito de medición (MES) para estimar el estado de carga de una batería recargable (BAT). Esto incluye al menos dos valores umbral iniciales correspondientes a determinados estados de carga de la batería, por comparación con la tensión en los bornes de la batería. Esto permite determinar el estado de carga de la batería a partir de estos puntos de calibración de referencia. El circuito también efectúa una corrección de estos valores umbral iniciales en función de la temperatura, con el fin de obtener nuevos conjuntos de valores umbral para su uso a diferentes temperaturas. A continuación, los valores corregidos se utilizan para la determinación real del estado de carga de la batería. El documento EP1167987 A1 se refiere a un método y un aparato mediante los cuales se calcula con precisión el estado de carga de una batería sin que se vea influido por el efecto de polarización. Una tensión estimada de la batería 13 en una descarga de carga constante con un valor de corriente grande predeterminado se estima a partir de una característica de tensión-corriente cuando la corriente de descarga del proceso de descarga de carga constante por la batería 13 que está en un estado de equilibrio está disminuyendo desde el valor de corriente grande predeterminado correspondiente a un máximo de suministro de energía eléctrica a la carga. Una diferencia entre la tensión estimada y una tensión en circuito abierto, que estima la tensión estimada y es una tensión de borne de la batería 13 que se encuentra en un estado de equilibrio antes del inicio de la descarga de carga constante utilizando el valor de corriente grande predeterminado, se calcula. A continuación, la diferencia es memorizada por un primer medio de memoria 27 para memorizar una caída de tensión residual que se define como la caída de tensión residual debida a una polarización residual al final del proceso de descarga de la batería 13. La caída de tensión residual memorizada por el primer medio de memoria 27 se añade a la tensión estimada de la batería 13, de este modo, se calcula la capacidad de carga actual de la batería 13.

[0017] Explicación de la invención

[0019] Problema técnico

[0021] La presente divulgación tiene por objeto proporcionar un método de predicción de gráfico de tensión de descarga que pueda predecir el gráfico de tensión de descarga y un sistema de batería que utilice el mismo en un caso de descarga con una corriente constante arbitraria sin información sobre el gráfico de tensión de descarga mediante experimentos.

[0023] Solución técnica

[0025] Un método para predecir un gráfico de descarga de corriente constante para una celda de batería según la invención se describe en la reivindicación 1 e incluye: seleccionar una tensión de referencia de descarga como la tensión de referencia de descarga cuando la corriente de descarga es 0; medir un primer tiempo necesario para que la tensión de la celda de batería disminuya hasta una primera tensión límite de descarga mediante una primera descarga de corriente constante; medir un segundo tiempo necesario para que la tensión de la celda de batería disminuya hasta una segunda tensión límite de descarga mediante una segunda descarga de corriente constante; y calcular una constante proporcional y un parámetro de índice en la relación entre la corriente constante y el tiempo de descarga durante la descarga basándose en la primera corriente constante y el primer tiempo, y la segunda corriente constante y el segundo tiempo. La primera tensión límite de descarga es una tensión obtenida restando la primera caída de tensión debida a la primera corriente constante y la resistencia interna de la celda de batería de la tensión de referencia de descarga cuando la corriente de descarga es 0, y la segunda tensión límite de descarga es una tensión obtenida restando la segunda caída de tensión debida a la segunda corriente constante y la resistencia interna de la celda de batería de la tensión de referencia de descarga.

[0027] El método de predicción del gráfico de descarga de corriente constante para la celda de batería puede incluir además la predicción del tiempo necesario para que la tensión de la celda de batería alcance una tercera tensión límite de descarga utilizando la constante proporcional y el parámetro de índice al descargar la celda de batería con la tercera corriente constante, y la tercera tensión límite de descarga puede ser una tensión obtenida restando la tercera caída de tensión debida a la tercera corriente constante y a la resistencia interna de la celda de batería de la tensión de referencia de descarga.

[0029] El método de predicción del gráfico de descarga de corriente constante para la celda de batería puede incluir además: cambiar la tensión de referencia de descarga; medir un tercer tiempo necesario para que la tensión de la celda de batería disminuya hasta una cuarta tensión límite de descarga mediante una cuarta descarga de corriente constante; medir un cuarto tiempo necesario para que la tensión de la celda de batería disminuya hasta una quinta tensión límite de descarga mediante una quinta descarga de corriente constante; y calcular la constante proporcional y el parámetro de índice en la relación entre la corriente de descarga y el tiempo basándose en la cuarta corriente constante y el tercer tiempo, y la quinta corriente constante y el cuarto tiempo, la cuarta tensión límite de descarga puede ser una tensión obtenida restando la cuarta caída de tensión debida a la tercera corriente constante y a la resistencia interna de la celda de batería de la tensión de referencia de descarga modificada, y la quinta tensión límite de descarga puede ser una tensión obtenida restando la quinta caída de tensión debida a la cuarta corriente constante y a la resistencia interna de la celda de batería de la tensión de referencia de descarga modificada.

[0031] El método de predicción del gráfico de descarga de corriente constante para la celda de batería puede incluir además la predicción del tiempo necesario para que la tensión de la celda de batería alcance la sexta tensión límite de descarga utilizando la constante proporcional y el parámetro de índice al descargar la celda de batería con la sexta corriente constante, y la sexta tensión límite de descarga es una tensión obtenida restando una sexta caída de tensión debida a la sexta corriente constante y a la resistencia interna de la celda de batería de la tensión de referencia de descarga modificada.

[0033] Un sistema de batería según la invención se describe en la reivindicación 7 e incluye: una pluralidad de celdas de batería; y un sistema de gestión de batería para predecir un tiempo de descarga necesario para que cada una de una pluralidad de tensiones de celdas de batería alcance una tensión límite de descarga correspondiente durante una descarga de corriente constante. El sistema de gestión de batería almacena información sobre una constante proporcional y un parámetro de índice que define una relación entre una corriente constante y un tiempo de descarga, una constante proporcional y un parámetro de índice sobre una entre una pluralidad de celdas de batería se calcula en función de una primera corriente constante y un primer tiempo, y una segunda corriente constante y un segundo tiempo después de medir un primer tiempo requerido para que la tensión de la celda de batería disminuya a una primera tensión límite de descarga por una primera descarga de corriente constante y medir un segundo tiempo requerido para que la tensión de la celda de batería disminuya a una segunda tensión límite de descarga por una segunda descarga de corriente constante, y la primera tensión límite de descarga es una tensión obtenida restando la primera caída de tensión debida a la primera corriente constante y la resistencia interna de la celda de batería de una tensión de referencia de descarga previamente seleccionada cuando la corriente de descarga es 0, y la segunda tensión límite de descarga es una tensión obtenida restando la segunda caída de tensión debida a la segunda corriente constante y la resistencia interna de la celda de batería de la tensión de referencia de descarga.

[0035] El sistema de gestión de batería puede predecir el tiempo necesario para que la tensión de la celda de batería alcance una tercera tensión límite de descarga utilizando la constante proporcional y el parámetro de índice al descargar la celda de batería con la tercera corriente constante, y la tercera tensión límite de descarga puede ser una tensión obtenida restando la tercera caída de tensión debida a la tercera corriente constante y a la resistencia interna de la celda de batería de la tensión de referencia de descarga.

[0036] El SOC de la celda de batería y la temperatura de la celda en el tiempo del inicio de la descarga pueden ser iguales por la primera corriente constante, la segunda corriente constante, y la tercera corriente constante.

[0038] La relación entre la corriente de descarga y el tiempo puede ser I=a*tb, donde I puede ser la corriente de descarga, t puede ser el tiempo, a puede ser la constante proporcional, y b puede ser el parámetro de índice.

[0040] Efectos ventajosos

[0042] Si la descarga se produce con una corriente constante que no ha sido probada, es difícil predecir si la celda de batería tiene algún tipo de gráfico de tensión de descarga. Una realización ilustrativa de la presente invención puede predecir el gráfico de tensión de descarga cuando se descarga con una corriente constante arbitraria.

[0044] Breve descripción de los dibujos

[0046] La FIG. 1 es un gráfico para explicar un método de predicción de un gráfico de tensión de descarga según una realización ilustrativa.

[0047] La FIG. 2 es un diagrama de flujo que muestra un método para determinar una constante proporcional y un parámetro de índice entre una corriente constante y un tiempo de descarga según una realización ilustrativa. La FIG. 3 es un gráfico de tensión de descarga previsto cuando se descarga con una corriente predeterminada según una realización ilustrativa.

[0048] La FIG. 4 es un gráfico que compara el resultado de una prueba de tensión de descarga y el resultado de una predicción para cada corriente de descarga.

[0049] La FIG. 5 es un gráfico que compara el resultado de una prueba de tensión de descarga y el resultado de una predicción para cada corriente de descarga.

[0050] La FIG. 6 es una vista que muestra un sistema de batería al que se aplica un método de predicción de un gráfico de tensión de descarga según una realización ilustrativa.

[0052] Realización preferente de la invención

[0054] En lo sucesivo, en el presente documento, las realizaciones divulgadas en la presente memoria descriptiva se describirán en detalle con referencia a los dibujos adjuntos. En la presente memoria descriptiva, los componentes iguales o similares se denotarán con los mismos o similares números de referencia, y se omitirá una descripción superpuesta de los mismos. Los términos "módulo" y "unidad" para los componentes utilizados en la siguiente descripción se emplean únicamente para facilitar la memoria descriptiva. Por lo tanto, estos términos no tienen significados o funciones que los distingan por sí mismos. Además, en la descripción de las realizaciones de la presente memoria descriptiva, cuando se determine que una descripción detallada de la técnica conocida asociada a la presente invención puede ocultar la esencia de la presente invención, se omitirá. Adicionalmente, los dibujos adjuntos se proporcionan únicamente para facilitar la comprensión de las realizaciones descritas en la presente memoria descriptiva y no deben interpretarse como una limitación del alcance de la presente invención, que está definida por las reivindicaciones adjuntas.

[0056] Términos que incluyen números ordinales tales como primero, segundo, y similares se utilizarán únicamente para describir diversos componentes y no deben interpretarse como limitativos de estos componentes. Los términos solo se utilizan para diferenciar un componente de otros componentes.

[0058] Se entenderá que cuando se hace referencia a un componente como "conectado" o "acoplado" a otro componente, puede estar conectado o acoplado directamente a otro componente o estar conectado o acoplado a otro componente con el otro componente interviniendo entre ellos. Por otro lado, se entenderá que cuando se hace referencia a un componente como "conectado o acoplado directamente" a otro componente, puede conectarse o acoplarse a otro componente sin que otro componente intervenga entre ellos.

[0060] Se entenderá además que los términos "comprender" o "tener" utilizados en la presente memoria descriptiva especifican la presencia de características indicadas, numerales, etapas, operaciones, componentes, partes, o una combinación de ellas, pero no excluyen la presencia o adición de una o varias características adicionales, numerales, etapas, operaciones, componentes, partes, o una combinación de ellas.

[0062] La FIG. 1 es un gráfico para explicar un método de predicción de un gráfico de tensión de descarga según una realización ilustrativa.

[0064] La FIG. 1 muestra un cambio de la tensión de una celda de batería dependiendo del paso de un tiempo al realizar una descarga con diferentes corrientes constantes (CC) entre sí en una condición de un SOC (Estado de Carga) de inicio predeterminado y una temperatura de inicio predeterminada.

[0066] En primer lugar, una curva de tensión de descarga 1 de la FIG. 1 es un gráfico que muestra el cambio de la tensión (VC) de la celda de batería cuando se descarga con una corriente constante I1, y una curva de tensión de descarga 2 muestra el cambio de la tensión (VC) de la celda de batería cuando se descarga con una corriente constante I2.

[0067] En la FIG. 1, "VCO" puede seleccionarse arbitrariamente como tensión de referencia de descarga cuando la corriente de descarga es 0. "VCO1" es la tensión (VCO-VIR1) obtenida restando la caída de tensión (VIR1 = R*I1) de la tensión de referencia de descarga (VCO) cuando la corriente constante I1 circula por la celda de batería, y "VCO2" es la tensión (VCO-VIR2) obtenida restando la caída de tensión (VIR2 = R*I2) de la tensión de referencia de descarga (VCO) cuando la corriente constante I2 circula por la celda de batería. Es decir, VCO1 es la tensión límite de descarga cuando la corriente de descarga es I1, y VOC2 es la tensión límite de descarga cuando la corriente de descarga es I2. Con la condición de que el SOC inicial y la temperatura inicial sean iguales, respectivamente, cuando se realiza la descarga CC, VCO1, VCO2, y VCO tienen la relación que se muestra en la Ecuación 1. Por tensión límite de descarga se entiende una tensión mínima a la que puede reducirse la tensión de la celda de batería durante la descarga, y cuando la celda de batería se descarga a una tensión inferior a la tensión límite de descarga, la celda de batería puede resultar dañada.

[0068] [Ecuación 1]

[0070] VCO1+R*I1 = VCO2+R*I2 = VCO

[0071] Como se muestra en la FIG. 1, cuando comienza la descarga, la tensión VC de la celda de batería disminuye rápidamente desde la tensión de circuito abierto (OCV) VOCV hasta la caída de tensión causada por la corriente constante y la resistencia de la celda de batería, y luego disminuye en función del lapso de tiempo. La tensión de la celda de batería disminuye al inicio de la descarga por la caída de tensión R*I1 debida a la corriente constante I1 y a la resistencia R de la celda de batería, y la tensión de la celda de batería disminuye en función del lapso de tiempo, y cuando transcurre el tiempo t1, se alcanza la tensión límite de descarga VCO1. La tensión de la celda de batería disminuye al inicio de la descarga por la caída de tensión R*I2 debida a la corriente constante I2 y a la resistencia R de la celda de batería, y la tensión de la celda de batería disminuye en función del lapso de tiempo, y cuando transcurre el tiempo t2, se alcanza la tensión límite de descarga VCO2.

[0072] La relación entre la corriente constante "I" y el tiempo de descarga "t" cuando se descarga la celda de batería satisface la Ecuación 2 siguiente.

[0073] [Ecuación 2]

[0074] I = a*tb

[0075] En la Ecuación 2, "a" y "b" son la constante proporcional y el parámetro de índice entre la corriente constante y el tiempo de descarga durante la descarga.

[0076] Si la Ecuación 2 se resume con respecto al tiempo, es como se muestra en la Ecuación 3.

[0077] [Ecuación 3]

[0080]

[0082] La FIG. 2 es un diagrama de flujo que muestra un método para determinar una constante proporcional y un parámetro de índice entre una corriente constante y un tiempo de descarga según una realización ilustrativa.

[0083] En primer lugar, se establecen dos corrientes constantes I1 e I2 (S0).

[0084] Después, se selecciona la tensión de referencia de descarga VCO (S1).

[0085] Cuando se descarga con la corriente constante I1, la tensión VC de la celda de batería disminuye y, a continuación, se mide el tiempo t1 necesario para alcanzar la tensión límite de descarga (VCO1 = VCO -R*I1) (S2).

[0086] A continuación, cuando se descarga con la corriente constante I2, la tensión VC de la celda de batería disminuye y, a continuación, se mide el tiempo t2 necesario para alcanzar la tensión límite de descarga (VCO2 = VCO -R*I2) (S3). Sustituyendo I1 y t1, e I2 y t2 obtenidos mediante la etapa (S2) y la etapa (S3) en la Ecuación 2, se obtienen dos ecuaciones simultáneas, y la constante proporcional "a" y el parámetro de índice "b" se obtienen resolviendo dos ecuaciones simultáneas (S4).

[0087] Cuando la constante proporcional "a" y el parámetro de índice "b" se aplican a la Ecuación 3, y la descarga se realiza con una corriente constante arbitraria Ix, se calcula el tiempo tx para alcanzar la tensión límite de descarga (VCOx) de la que se resta la caída de tensión (R*Ix) de la tensión de referencia de descarga (VCO) (S5).

[0088] Se modifica la tensión de referencia de descarga (VCO) (S6) y se repiten las etapas (S2 a S5).

[0089] La FIG. 3 es un gráfico de tensión de descarga previsto ocurre la descarga con una corriente predeterminada según una realización ilustrativa.

[0090] Para comparar los tiempos para alcanzar la tensión límite de descarga para las diferentes corrientes constantes I1 e I2, respectivamente, y la corriente arbitraria Ix, la FIG. 3 muestra conjuntamente el gráfico de tensión de descarga para cada una de las corrientes constantes I1 e I2.

[0091] Como se muestra en la FIG. 3, en el gráfico de tensión de descarga 3 en función de una corriente constante arbitraria (Ix), si se inicia la descarga, la tensión (VC) de la celda de batería disminuye rápidamente desde la tensión de circuito abierto (OCV) (VOCV) por la caída de tensión (VIRx = R*Ix) debida a la corriente constante correspondiente y a la resistencia de la celda de batería, y la tensión de la celda de batería disminuye en función del lapso de tiempo y alcanza la tensión límite de descarga (VCOx) cuando transcurre el tiempo tx.

[0092] La FIG. 4 es un gráfico que compara el resultado de una prueba de tensión de descarga y el resultado de una predicción para cada corriente de descarga.

[0093] En la FIG. 4, las líneas delgadas 41-46 muestran el gráfico de tensión de descarga según el resultado de la prueba, y las líneas gruesas 47-50 muestran el gráfico de tensión de descarga prevista.

[0094] El SOC de inicio y la temperatura de inicio son los mismos SOC 60 % y 25 °C.

[0095] En la FIG. 4, "C" significa "tasa C", y la corriente correspondiente a la capacidad de referencia de la celda de batería corresponde a 1 tasa C. Por ejemplo, en el caso de que la celda de batería tenga una capacidad de referencia de 100 amperios-hora (Ah), 1 C significa 100 A, y 2 C significa 200 A. Basado en los gráficos de tensión de descarga 42 y 45 en el experimento de descarga para la corriente constante 3 C y 4,5 C, respectivamente, mostrado en la figura 4, la constante proporcional "a" y parámetro de índice "b" se calcularon según el método descrito anteriormente.

[0096] En la FIG. 4, cuando se descarga con la corriente constante 2,5 C, 3,5 C, 4 C, y 5 C, respectivamente, el resultado de la predicción de la tensión de descarga tiene un error promedio de 1 mV-3 mV obtenido mediante el experimento real para la tensión de descarga y un rango de error máximo de 3 mV-8 mV. Es decir, como se muestra en la FIG. 4, se puede observar que el error de predicción en comparación con la tensión de la celda de batería forma un valor significativamente bajo.

[0097] La FIG. 5 es un gráfico que compara el resultado de una prueba de tensión de descarga y el resultado de una predicción para cada corriente de descarga.

[0098] En la FIG. 5, las líneas delgadas 51-56 muestran el gráfico de tensión de descarga según el resultado de la prueba, y las líneas gruesas 57-60 muestran el gráfico de tensión de descarga prevista.

[0099] El SOC de inicio y la temperatura de inicio son los mismos a SOC 25 % y 0 °C.

[0100] Basado en las curvas de tensión de descarga 53 y 55 en el experimento de descarga para la corriente constante 2,5 C y 3,5 C, respectivamente, mostrado en la figura 5, la constante proporcional "a" y el parámetro de índice "b" se calcularon según el método descrito anteriormente.

[0101] En la FIG. 5, cuando se descarga con la corriente constante 2,5 C, 3,5 C, 4 C, y 5 C, respectivamente, los resultados de la predicción de la tensión de descarga tienen un error promedio de 1 mV-3 mV obtenido mediante el experimento real para la tensión de descarga y un rango de error máximo de 7 mV-10 mV. Es decir, en el gráfico mostrado en la figura 5, se puede observar que el error de predicción en comparación con la tensión de la celda de batería forma un valor significativamente bajo.

[0102] De esta forma, se reduce el número de experimentos para adquirir el gráfico de tensión de descarga y se reduce la duración del experimento. Adicionalmente, ya que es posible predecir el gráfico de tensión de descarga de corriente constante, es posible predecir la corriente límite de descarga para cualquier tiempo (x segundos transcurridos desde el inicio de la descarga), la resistencia de descarga para cualquier tiempo, o la potencia de descarga para cualquier tiempo, así como la medición. Por corriente límite de descarga se entiende la corriente constante cuando la tensión de la celda de batería alcanza la tensión límite de descarga a partir de la tensión inicial durante x segundos en la curva de tensión de descarga. La resistencia de descarga se calcula dividiendo el valor obtenido restando la tensión de la celda de batería en x segundos de la tensión de descarga inicial de la celda de batería por la corriente de descarga. La potencia de descarga puede calcularse dividiendo el área hasta x segundos en la curva de tensión de descarga por x segundos.

[0103] La FIG. 6 es una vista que muestra un sistema de batería al que se aplica un método de predicción de un gráfico de tensión de descarga según una realización ilustrativa.

[0104] Como se muestra en la FIG. 6, un sistema de batería 100 incluye una batería 110 que incluye una pluralidad de celdas de batería 110_1 a 110_n conectadas en serie, un sistema de gestión de batería (BMS) 111, un sensor de corriente 112, un relé 113, y un sensor de temperatura 114.

[0106] El sensor de corriente 112 puede detectar una corriente (en adelante, una corriente de batería) que fluye a través de la batería 110 y transmitir una señal de detección de corriente SC que indica la corriente de batería detectada al BMS 111. En la FIG. 6, el sensor de corriente 112 está conectado entre un electrodo negativo de la batería 110 y un borne de salida (P-) de la batería 110, pero a diferencia de lo mostrado en la FIG. 6, puede conectarse entre el electrodo positivo de la batería 110 y el borne de salida (P+) de la batería 110.

[0108] El sensor de temperatura 114 puede colocarse dentro de la batería 110 para medir o estimar la temperatura de cada una de una pluralidad de celdas de batería. El sensor de temperatura 114 puede transmitir al BMS 111 una señal que indique la temperatura de cada una de una pluralidad de celdas de batería.

[0110] El BMS 111 puede medir la tensión de la celda de una pluralidad de celdas de la batería 110_1 a 110_n y medir la tensión de la batería que es una tensión entre ambos bornes de la batería 110, una temperatura de cada una de una pluralidad de celdas de batería 110_1 a 110_n, etc., y puede predecir el SOC de cada una de una pluralidad de celdas de batería 110_1 a 110_n y predecir una resistencia interna de cada una de una pluralidad de celdas de batería 110_1 a 110_n basándose en una pluralidad de tensiones de celdas de batería, la corriente de la batería y la temperatura de la celda de batería. El método para estimar el SOC y la resistencia interna es una técnica conocida, y pueden aplicarse varios métodos a la presente invención. El BMS 111 puede controlar la carga y descarga basándose en el SOC estimado, controlar una operación de equilibrado para una pluralidad de celdas de batería en función de una pluralidad de tensiones de celdas de batería y de las temperaturas de las celdas de batería, y controlar una operación de protección en caso de que se produzca una sobretensión, una sobrecorriente o una temperatura elevada.

[0112] El relé 114 está conectado entre el borne de salida (P+) de la batería 110 y el electrodo positivo de la batería 110, y se abre o se cierra según la señal de control de relé (RCS) del BMS 111. El relé 114 puede estar cerrado según la señal de control de relé (RCS) de un nivel activado y abierto según la señal de control de relé (RCS) de un nivel desactivado.

[0114] Según el método de predicción del gráfico de tensión de descarga según la descarga por la corriente constante descrita anteriormente, es posible que el BMS 111 prediga el tiempo necesario para alcanzar la tensión límite de descarga (VCO_i, i es un número natural de 1 a n) correspondiente a cada una de una pluralidad de celdas de batería 110_1 a 110_n. Para esto, el BMS 111 puede almacenar la tabla de consulta 115, que almacena una información sobre la constante proporcional y los parámetros de índice para cada SOC y temperatura de la batería al inicio de la operación de descarga.

[0116] Cuando la descarga se realiza con una corriente constante arbitraria (Ix) para cualquiera de una pluralidad de celdas de batería 110_1-110_n, el BMS 111 puede predecir el tiempo necesario para alcanzar la tensión límite de descarga (VCOx) para la tensión de la celda de batería correspondiente utilizando la constante proporcional almacenada y el parámetro de índice, y la Ecuación 3. En este caso, el BMS 111 puede leer de la tabla de consulta 115 la constante proporcional y el parámetro de índice correspondientes al mismo SOC y temperatura que el SOC y temperatura de la celda de batería correspondiente.

[0118] Si bien la invención se ha descrito en relación con lo que actualmente se considera que son realizaciones ilustrativas preferidas, debe entenderse que la invención no se limita a las realizaciones divulgadas. Por el contrario, pretende cubrir diversas modificaciones y disposiciones equivalentes incluidas dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (10)

1. REIVINDICACIONES

1. Un método para predecir un gráfico de descarga de corriente constante para una celda de batería (110_1, ..., 110_n), que comprende:

seleccionar (S1) una tensión de referencia de descarga (VCO) como tensión de referencia de descarga cuando la corriente de descarga es 0;

medir (S2) un primer tiempo (t1) necesario para que la tensión (VC) de la celda de batería disminuya hasta una primera tensión límite de descarga (VCO1) mediante una primera descarga de corriente constante (I1); medir (S3) un segundo tiempo (t2) necesario para que la tensión (VC) de la celda de batería disminuya hasta una segunda tensión límite de descarga (VCO2) mediante una segunda descarga de corriente constante (I2); y calcular (S4) una constante proporcional (a) y un parámetro de índice (b) en la relación entre la corriente constante y el tiempo de descarga durante la descarga basándose en la primera corriente constante (I1) y el primer tiempo (t1); y la segunda corriente constante (I2) y el segundo tiempo (t2),

caracterizado por quela primera tensión límite de descarga (VCO1) es una tensión obtenida restando una primera caída de tensión (VIR1) debida a la primera corriente constante y a la resistencia interna de la celda de batería de la tensión de referencia de descarga (VCO) cuando la corriente de descarga es 0, y

la segunda tensión límite de descarga (VCO2) es una tensión obtenida restando a la tensión de referencia de descarga (VCO) una segunda caída de tensión (VIR2) debida a la segunda corriente constante y a la resistencia interna de la celda de batería.

2. El método de predicción del gráfico de descarga de corriente constante para la celda de batería de la reivindicación 1, que comprende, además

predecir (S5) el tiempo necesario para que la tensión de la celda de batería alcance una tercera tensión límite de descarga (VCOx) utilizando la constante proporcional (a) y el parámetro de índice (b) al descargar la celda de batería con una tercera corriente constante (Ix), y

la tercera tensión límite de descarga (VCOx) es una tensión obtenida restando a la tensión de referencia de descarga (VCO) una tercera caída de tensión (VIRx) debida a la tercera corriente constante (Ix) y a la resistencia interna de la celda de batería.

3. El método de predicción del gráfico de descarga de corriente constante para la celda de batería de la reivindicación 2, en donde

el SOC de la celda de batería y la temperatura de la celda en el tiempo del inicio de la descarga son iguales por la primera corriente constante (I1), la segunda corriente constante (I2), y la tercera corriente constante (Ix).

4. El método de predicción del gráfico de descarga de corriente constante para la celda de batería de la reivindicación 2, que comprende, además:

cambiar la tensión de referencia de descarga (VCO);

medir un tercer tiempo necesario para que la tensión de la celda de batería disminuya hasta una cuarta tensión límite de descarga mediante una cuarta descarga de corriente constante;

medir un cuarto tiempo necesario para que la tensión de la celda de batería disminuya hasta una quinta tensión límite de descarga mediante una quinta descarga de corriente constante; y

calcular la constante proporcional y el parámetro de índice en la relación entre la corriente de descarga y el tiempo basándose en la cuarta corriente constante y el tercer tiempo, y la quinta corriente constante y el cuarto tiempo, en donde

la cuarta tensión límite de descarga es una tensión obtenida restando la cuarta caída de tensión debida a la tercera corriente constante y a la resistencia interna de la celda de batería de la tensión de referencia de descarga modificada, y la quinta tensión límite de descarga es una tensión obtenida restando la quinta caída de tensión debida a la cuarta corriente constante y a la resistencia interna de la celda de batería de la tensión de referencia de descarga modificada.

5. El método de predicción del gráfico de descarga de corriente constante para la celda de batería de la reivindicación 4, que comprende, además

predecir el tiempo necesario para que la tensión de la celda de batería alcance la sexta tensión límite de descarga utilizando la constante proporcional y el parámetro de índice al descargar la celda de batería con la sexta corriente constante, y

la sexta tensión límite de descarga es una tensión obtenida restando a la tensión de referencia de descarga modificada una sexta caída de tensión debida a la sexta corriente constante y a la resistencia interna de la celda de batería.

6. El método de predicción del gráfico de descarga de corriente constante para la celda de batería de la reivindicación 1, en donde

la relación entre la corriente de descarga y el tiempo es la misma que se muestra en la Ecuación 1,

[Ecuación 1]

I = a*tb

en donde, en la Ecuación 1, I es la corriente de descarga, t es el tiempo, a es la constante proporcional, y b es el parámetro de índice.

7. Un sistema de batería que comprende:

una pluralidad de celdas de batería (110_1..110_n); y

un sistema de gestión de batería (111) configurado para predecir un tiempo de descarga necesario para que cada una de una pluralidad de tensiones de celdas de batería alcance una tensión límite de descarga correspondiente durante una descarga de corriente constante,

en donde el sistema de gestión de batería (111) está configurado para almacenar información sobre una constante proporcional (a) y un parámetro de índice (b) que definen una relación entre una corriente constante y un tiempo de descarga,

en donde la constante proporcional (a) y el parámetro de índice (b) sobre una entre una pluralidad de celdas de batería se calculan basándose en una primera corriente constante (I1) y un primer tiempo (t1), y una segunda corriente constante (I2) y un segundo tiempo (t2) tras medir el primer tiempo (t1) necesario para que la tensión de la celda de batería disminuya hasta una primera tensión límite de descarga (VCO1) mediante una primera descarga de corriente constante (I1) y medir el segundo tiempo (t2) necesario para que la tensión de la celda de batería disminuya hasta una segunda tensión límite de descarga (VCO2) mediante una segunda descarga de corriente constante (I2),

caracterizado por quela primera tensión límite de descarga (VCO1) es una tensión obtenida restando la primera caída de tensión (VIR1) debida a la primera corriente constante y a la resistencia interna de la celda de batería de una tensión de referencia de descarga (VCO) previamente seleccionada cuando la corriente de descarga es 0, y la segunda tensión límite de descarga (VCO2) es una tensión obtenida restando la segunda caída de tensión (VIR2) debida a la segunda corriente constante y a la resistencia interna de la celda de batería de la tensión de referencia de descarga (VCO).

8. El sistema de batería de la reivindicación 7, en donde

el sistema de gestión de batería (111) está configurado para predecir el tiempo (tx) necesario para que la tensión de la celda de batería alcance una tercera tensión límite de descarga (VCOx) utilizando la constante proporcional (a) y el parámetro de índice (b) al descargar la celda de batería con la tercera corriente constante (Ix), y la tercera tensión límite de descarga (VCOx) es una tensión obtenida restando a la tensión de referencia de descarga (VCO) la tercera caída de tensión (VIRx) debida a la tercera corriente constante y a la resistencia interna de la celda de batería.

9. El sistema de batería de la reivindicación 8, en donde

el SOC de la celda de batería y la temperatura de la celda en el tiempo del inicio de la descarga son iguales por la primera corriente constante (I1), la segunda corriente constante (I2), y la tercera corriente constante (Ix).

10. El sistema de batería de la reivindicación 7, en donde

la relación entre la corriente de descarga y el tiempo es la misma que se muestra en la Ecuación 1,

[Ecuación 1]

I = a*tb

en donde, en la Ecuación 1, I es la corriente de descarga, t es el tiempo, a es la constante proporcional, y b es el parámetro de índice.