ES3054284T3 - Battery capacity estimation method and apparatus, and computer storage medium - Google Patents
Battery capacity estimation method and apparatus, and computer storage mediumInfo
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Abstract
Un método y aparato para la estimación de la capacidad de una batería, y un medio de almacenamiento informático. El método comprende: durante la carga de una batería, obtener una curva de voltaje-capacidad en tiempo real (S110); realizar una diferenciación en la curva de voltaje-capacidad para obtener una curva de diferencial de voltaje-capacidad (S120); determinar un punto de deflexión de voltaje en la curva de voltaje-capacidad según la curva de diferencial de voltaje-capacidad; obtener un valor de referencia de capacidad correspondiente a un punto de deflexión de voltaje precalibrado (S170); obtener la potencia de carga para cargar la batería desde el punto de deflexión de voltaje hasta un estado de carga completa (S180); y obtener la capacidad real de la batería a partir de la suma del valor de referencia de capacidad y la potencia de carga (S190). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
[0001] DESCRIPCIÓN
[0002] Método y aparato de estimación de capacidad de baterías, y soporte de almacenamiento informáticoCampo
[0003] La presente invención se refiere al campo técnico de la gestión de baterías y, más específicamente, a un método y un aparato de estimación de capacidad de baterías, y un soporte de almacenamiento informático.
[0004] Antecedentes
[0005] La fuerte demanda de la gente para nuevas soluciones de energías renovables, tales como vehículos eléctricos, aeronaves eléctricas y barcos eléctricos, ha llevado al rápido desarrollo de baterías de iones de litio. Las baterías aplicadas en los sistemas anteriores se enfrentarán a condiciones de trabajo más severas: demandas de potencia y energía superiores, así como mayores cambios de temperatura, que aceleran, todas, el envejecimiento de las baterías. Por lo tanto, es necesario hacer un seguimiento del Estado de salud (SOH) de la batería y determinar cuándo finaliza su vida útil. El SOH se define normalmente como la relación entre la capacidad real de la batería y la capacidad inicial de la batería dentro de un tiempo dado.
[0006] En la actualidad, cuando se calcula la capacidad de baterías, el método principal se implementa calculando la cantidad eléctrica total durante la etapa de carga o descarga cargando y descargando completamente la batería o cargando y descargando dentro de un cierto intervalo de Estado de carga (SOC) de la batería, y calculando la capacidad total de baterías basándose en la cantidad eléctrica de carga o descarga y el intervalo de SOC correspondiente. La precisión de la estimación en este método depende íntegramente de la precisión del SOC. Si hay un error significativo en la estimación del SOC, afectará a la precisión de la estimación de la capacidad de baterías. Especialmente para las baterías de fosfato de litio y hierro, el error acumulativo del SOC afectará a la precisión de la capacidad de baterías. Sin embargo, el error de la capacidad de baterías puede afectar, a su vez, a la precisión del SOC, llevando a efectos cruzados y, por último, haciendo que la estimación de la capacidad de baterías sea completamente ineficaz.
[0007] El documento US2012/176092 divulga un dispositivo para estimar la capacidad de una batería, en el que se realiza la operación de adquisición, durante un proceso de carga, de una curva de voltaje-capacidad, seguido por la diferenciación de esta curva, y el análisis de los puntos de inflexión en esta curva permite determinar un deterioro de la batería.
[0008] Si se adoptan métodos de evaluación de referencia de laboratorio, hay dos inconvenientes: 1: un ensayo de laboratorio consume mucho tiempo, requiere mucha mano de obra y es caro, y no puede cubrir todas las condiciones de trabajo; y 2: una evaluación de referencia frente a los datos de laboratorio en el uso práctico sería demasiado dogmática e incapaz de estimar la capacidad real de las baterías.
[0009] Sumario
[0010] El Sumario presenta una serie de conceptos de forma simplificada que se describen además con detalle en las realizaciones específicas. El Sumario de la presente invención no está destinado a limitar las características clave y las características técnicas necesarias de la solución técnica reivindicada, ni está destinado a determinar el alcance de protección de la solución técnica reivindicada.
[0011] A fin de resolver el problema técnico anterior, en un primer aspecto, una realización de la presente invención proporciona un método de estimación de capacidad de baterías, que incluye: se adquiere en tiempo real una curva de voltaje-capacidad de una batería en un proceso de carga de baterías; se realiza una diferenciación en la curva de voltaje-capacidad para obtener una curva de diferencial de voltaje-capacidad; se identifican múltiples crestas de onda en la curva de diferencial de voltaje-capacidad; se calculan una primera altura y una primera anchura entre cada cresta de onda y un valle de onda adyacente a la izquierda, y una segunda altura y una segunda anchura entre cada cresta de onda y un valle de onda adyacente a la derecha; se calcula un índice de determinación según la primera altura, la primera anchura, la segunda altura y la segunda anchura, donde p=2(h1+w1)/(h1∙w1)+2(h2+w2)/(h2∙w2), p representa el índice de determinación, h1 representa la primera altura, w1 representa la primera anchura, h2 representa la segunda altura y w2 representa la segunda anchura; se determina un punto de inflexión de voltaje en la curva de voltaje-capacidad según una cresta de onda con un índice de determinación mínimo; se adquiere un valor de capacidad de referencia precalibrado correspondiente al punto de inflexión de voltaje en la curva de voltaje-capacidad; después de que la batería alcanza un estado de carga completa, se adquiere una cantidad eléctrica de carga de la batería desde el punto de inflexión de voltaje hasta el estado de carga completa; y se obtiene una capacidad real de la batería basándose en una suma del valor de capacidad de referencia y la cantidad eléctrica de carga.
[0012] Según la presente invención, la capacidad de la batería se estima según el punto de inflexión de voltaje en la curva de voltaje-capacidad en el proceso de carga de baterías, se puede mejorar la precisión de la estimación de la capacidad de baterías, no se tiene que vaciar la batería y se satisface el hábito de uso de un usuario. En una realización, antes de realizar una diferenciación en la curva de voltaje-capacidad, el método incluye además realizar un filtrado de suavizado en la curva de voltaje-capacidad.
[0013] En una realización, el valor de capacidad de referencia se calibra del siguiente modo: se vacía la cantidad eléctrica de la batería, se realiza a continuación una carga a corriente constante hasta alcanzar un estado de carga completa, se registra la curva de voltaje de referencia-capacidad de la batería en el proceso de carga a corriente constante y se calibra el valor de capacidad de referencia según la curva de voltaje-capacidad de la batería en el proceso de carga a corriente constante.
[0014] En una realización, adquirir una cantidad eléctrica de carga de la batería desde el punto de inflexión de voltaje hasta el estado de carga completa incluye: se registra el tiempo para cargar la batería desde el punto de inflexión de voltaje hasta el estado de carga completa; y se calcula la cantidad eléctrica de carga según el tiempo de carga y una corriente de carga.
[0015] En una realización, el método incluye además: se estima un estado de salud de la batería según la capacidad real y una capacidad inicial precalibrada de la batería.
[0016] En una realización, la batería es una batería de fosfato de litio y hierro.
[0017] En una realización, la capacidad inicial de la batería se determina del siguiente modo: se vacía la cantidad eléctrica de la batería y se realiza a continuación la carga a corriente constante hasta alcanzar el estado de carga completa; y se registra la capacidad inicial de la batería.
[0018] En una realización, estimar un estado de salud de la batería según la capacidad real y una capacidad inicial precalibrada de la batería incluye: SOH=Q/Q<nueva>*100%, la capacidad real se representa con Q, la capacidad inicial se representa con Q<nueva>y el estado de salud de la batería se representa con SOH.;[0019] En un segundo aspecto, una realización de la presente invención proporciona un aparato de estimación de capacidad de baterías, que incluye una memoria y un procesador. Un programa informático que se opera con el procesador se almacena en la memoria, y el programa informático ejecuta el método de estimación de capacidad de baterías cuando se opera con el procesador.;[0020] En un tercer aspecto, una realización de la presente invención proporciona un soporte de almacenamiento informático. El programa informático se almacena en el soporte de almacenamiento informático. El programa informático ejecuta el método de estimación de capacidad de baterías anteriormente mencionado cuando se ejecuta.;[0021] Según el método y el aparato de estimación de capacidad de baterías proporcionados por esta realización de la presente invención, la capacidad de la batería se estima según el punto de inflexión de voltaje en la curva de voltaje-capacidad en el proceso de carga de baterías, y no se implica al valor absoluto del SOC. Por lo tanto, se puede mejorar la precisión de la estimación de la capacidad de baterías, no se tiene que vaciar la batería y se satisface el hábito de uso del usuario.;[0022] Breve descripción de los dibujos;[0023] Los anteriores y otros objetos, características y ventajas de la presente invención resultarán más evidentes a través de una descripción más detallada de las realizaciones de la presente invención, junto con los dibujos que se acompañan. Los dibujos que se acompañan se usan para proporcionar una comprensión adicional de las realizaciones de la presente invención y constituyen una parte de la descripción. Se usan para explicar la presente invención, junto con las realizaciones de la presente invención, y no constituyen una limitación de la presente invención. En los dibujos que se acompañan, los mismos números de referencia representan, en general, los mismos componentes o las mismas etapas.;[0024] La FIG. 1 es un diagrama de flujo esquemático de un método de estimación de capacidad de baterías según una realización de la presente invención;;[0025] la FIG.2 es un diagrama esquemático de una curva de voltaje-capacidad según una realización de la presente invención;;[0026] la FIG. 3 es un diagrama esquemático de una curva de diferencial de voltaje-capacidad según una realización de la presente invención; y;[0027] la FIG.4 es un diagrama de bloques esquemático de un aparato de estimación de capacidad de baterías según una realización de la presente invención.;[0028] Descripción detallada;[0029] A fin de hacer más obvios el propósito, la solución técnica y las ventajas de la presente invención, lo siguiente hará referencia a los dibujos que se acompañan para describir con detalle las realizaciones a modo de ejemplo según la presente invención. Por lo señalado, las realizaciones descritas son simplemente algunas, pero no la totalidad, de las realizaciones de la presente invención. Se debe entender que la presente invención no está limitada por las realizaciones a modo de ejemplo descritas en este documento. Basándose en las realizaciones en la presente invención, todas las otras realizaciones obtenidas por los expertos en la técnica sin realizar ningún esfuerzo creativo están comprendidas dentro del alcance de protección de la presente invención. En la siguiente descripción, se proporcionan numerosos detalles específicos para facilitar una comprensión más a fondo de la presente invención. Sin embargo, es obvio para los expertos en la técnica que la presente invención se puede implementar sin uno o más de estos detalles. En otros ejemplos, para evitar la confusión en la presente invención, no se describen algunas características técnicas conocidas en el campo técnico. Se ha de entender que la presente invención se puede implementar de formas diferentes y no se debe interpretar como que está limitada a las realizaciones presentadas en este documento. Al contrario, estas realizaciones se proporcionan con el propósito de hacer que la invención sea más a fondo y completa, y transmitir el alcance de la presente invención completamente a los expertos en la técnica.;[0030] En este documento, los términos se usan simplemente con el propósito de describir realizaciones específicas y no como una limitación de la presente invención. Cuando se usan en este documento, las formas en singular “un”, “uno” y “el” se pretende también incluir la forma en plural, a menos que se indique claramente de otro modo. Se debe entender también que las expresiones “que consiste en” y/o “que incluye”, cuando se usan en esta memoria descriptiva, confirman la existencia de las características, los números enteros, las etapas, las operaciones, los elementos y/o los componentes, descritos, pero no excluyen la existencia o adición de una o más características, números enteros, etapas, operaciones, elementos, componentes y/o grupos, distintos. Como se usa en este documento, el término “y/o” incluye cualquiera y todas las combinaciones de elementos enumerados relacionados.;[0031] Con el propósito de entender a fondo la presente invención, se presentará una estructura detallada en la siguiente descripción para explicar la solución técnica propuesta en dicha presente invención. Las realizaciones opcionales de la presente invención se describen con detalle como sigue. Sin embargo, además de estas descripciones detalladas, la presente invención puede tener también otras implementaciones.;[0032] Un método de estimación de capacidad de baterías y un aparato de estimación de capacidad de baterías, previstos en las realizaciones de la presente invención, se describirán en lo que sigue con referencia a los dibujos que se acompañan. Haciendo referencia a la FIG.1 en primer lugar, la FIG. 1 es un diagrama de flujo esquemático de un método de estimación de capacidad de baterías según una realización de la presente invención. Como se muestra en la FIG.1, el método de estimación de capacidad de baterías incluye:;[0033] S110: se adquiere en tiempo real una curva de voltaje-capacidad de una batería en un proceso de carga de baterías.;[0034] S120: se realiza una diferenciación en la curva de voltaje-capacidad para obtener una curva de diferencial de voltaje-capacidad.;[0035] S130: se identifican múltiples crestas de onda en la curva de diferencial de voltaje-capacidad.;[0036] S140: se calculan una primera altura y una primera anchura entre cada cresta de onda y un valle de onda adyacente a la izquierda, y una segunda altura y una segunda anchura entre cada cresta de onda y un valle de onda adyacente a la derecha.;[0037] S150: se calcula un índice de determinación según la primera altura, la primera anchura, la segunda altura y la segunda anchura, donde p=2(h1+w1)/(h1∙w1)+2(h2+w2)/(h2∙w2), p representa el índice de determinación, h1 representa la primera altura, w1 representa la primera anchura, h2 representa la segunda altura y w2 representa la segunda anchura.;[0038] S160: se determina un punto de inflexión de voltaje en la curva de voltaje-capacidad según una cresta de onda con un índice de determinación mínimo.;[0039] S170: se adquiere un valor de capacidad de referencia precalibrado correspondiente al punto de inflexión de voltaje en la curva de voltaje-capacidad.;[0040] S180: después de que la batería alcanza un estado de carga completa, se adquiere una cantidad eléctrica de carga de la batería desde el punto de inflexión de voltaje hasta el estado de carga completa.;[0042] S190: se obtiene una capacidad real de la batería basándose en una suma del valor de capacidad de referencia y la cantidad eléctrica de carga.;[0044] Según el método de estimación de capacidad de baterías en esta realización de la presente invención, se detecta en tiempo real la curva de voltaje-capacidad de batería en el proceso de carga de baterías, se analizan las características de la curva, se identifica el punto de inflexión de voltaje y se estima a continuación la capacidad real de la batería según el punto de inflexión de voltaje. Según el método, la capacidad real de la batería se estima de manera inteligente según los atributos característicos de los materiales en el proceso de carga de baterías, no se tiene que llevar a cabo una descarga profunda de la batería y la capacidad real de la batería se puede calcular con precisión bajo una condición en la que se desconoce el estado de SOC inicial de la batería. Además, el proceso de cálculo no implica al valor absoluto del SOC, de manera que se evita la influencia cruzada con el cálculo del SOC. Según el método de estimación de capacidad de baterías en esta realización de la presente invención, se puede reducir mucho el coste de ensayos de un laboratorio y se puede mejorar notablemente el rendimiento y la precisión de cálculo de la capacidad de baterías. Según la presente invención, la capacidad de la batería se estima según el punto de inflexión de voltaje en la curva de voltajecapacidad en el proceso de carga de baterías, se puede mejorar la precisión de la estimación de la capacidad de baterías, no se tiene que vaciar la batería y se satisface el hábito de uso del usuario.;[0046] Específicamente, en el proceso de carga de baterías, se adquiere en tiempo real la curva de voltaje-capacidad de la batería y el punto de inflexión de voltaje se determina en la curva de voltaje-capacidad. La batería incluye una batería de iones de litio y, específicamente, puede ser una batería de fosfato de litio y hierro. El punto de inflexión de voltaje es uno de los múltiples puntos con el cambio más rápido de voltaje, junto con la capacidad. Las características de la curva de voltaje-capacidad y el punto de inflexión de voltaje se describen en lo que sigue con referencia a la FIG.2 y la FIG.3.;[0048] Haciendo referencia a la FIG. 2 en primer lugar, la FIG. 2 muestra una curva de voltaje-capacidad de una batería de iones de litio. Generalmente, hay tres intervalos donde el voltaje cambia lentamente con la capacidad en la curva de voltaje-capacidad de la batería de iones de litio, que se denominan zonas de plataforma de voltaje. Hay una zona donde el voltaje cambia rápido, junto con la capacidad, entre cada dos zonas de plataforma de voltaje adyacentes, y el punto con el cambio más rápido de voltaje en la zona se denomina el punto de inflexión de voltaje. Según esta realización de la presente invención, el punto de inflexión de voltaje que se usa para estimar el SOH de la batería está entre la segunda zona de plataforma de voltaje y la tercera zona de plataforma de voltaje, que es el punto con el cambio más rápido de voltaje, junto con la capacidad, en el intervalo.;[0050] La investigación muestra que, junto con el envejecimiento de la batería de iones de litio, el valor de diferencia de capacidad entre el valor de capacidad de baterías correspondiente al punto de inflexión de voltaje y el valor de capacidad de baterías correspondiente al SOC=0 (a saber, el valor de capacidad es 0) se mantiene sin cambios. Según esta realización de la presente invención, la capacidad real de la batería se estima según esta característica del punto de inflexión de voltaje. Después de estimar la capacidad real de la batería, el estado de salud (SOH) de la batería se puede calcular según la capacidad real de la batería, siendo el SOH de la batería la relación entre la capacidad real de la batería y la capacidad inicial de la batería, y donde la capacidad inicial de la batería se puede obtener a través de la calibración anterior al suministro. Específicamente, la batería se puede someter a una carga a corriente constante para alcanzar el estado de carga completa después de vaciar la cantidad eléctrica de la batería, y se registra la capacidad inicial (registrada como Q<nueva>) de la batería. Según esta realización de la presente invención, la capacidad real de la batería se calcula según las características del punto de inflexión de voltaje y se evita el cálculo de la capacidad real de la batería según el SOC, de manera que se evitan los problemas de que la precisión de la estimación del SOH esté influida por la acumulación de errores del SOC y la precisión del SOC esté influida por el error del SOH.;[0052] Específicamente, según se ha mencionado anteriormente, como el valor de capacidad de baterías correspondiente al punto de inflexión de voltaje permanece sin cambios, después de que el punto de inflexión de voltaje se identifica según la curva de voltaje-capacidad en esta realización de la presente invención, se calcula la cantidad eléctrica de carga (registrada como QHVP) de la batería en el intervalo desde el punto de inflexión de voltaje hasta el estado de carga completa de la batería, y se suman la cantidad eléctrica de carga y el valor de capacidad (registrado como QHVTP) correspondiente al punto de inflexión de voltaje, de manera que se puede obtener la capacidad real Q de la batería, y Q=QHVP+QHVTP. El SOH de la batería se calcula según la capacidad real Q de la batería y una capacidad inicial Q<nueva>precalibrada, y SOH=Q/Q<nueva>*100%.
[0053] La capacidad de baterías en la curva de voltaje-capacidad se calcula mediante un sistema de gestión de baterías según el SOC. A fin de evitar la introducción de errores del SOC, la capacidad real de la batería se calcula a través del valor de capacidad de referencia precalibrado correspondiente al punto de inflexión de voltaje en esta realización de la presente invención. A modo de ejemplo, antes de que la batería abandone la
fábrica, se vacía la cantidad eléctrica de la batería y, a continuación, la batería se somete a una carga a corriente constante para alcanzar el estado de carga completa. La curva de voltaje-capacidad se registra en el proceso de carga de baterías. El valor de capacidad de referencia correspondiente al punto de inflexión de voltaje se determina a través de la calibración fuera de línea analizando las características de la curva de voltajecapacidad. Cuando se calcula la cantidad eléctrica de carga entre el punto de inflexión de voltaje y el estado de carga completa, se puede registrar el tiempo para alcanzar el punto de inflexión de voltaje y el tiempo para alcanzar el estado de carga completa. El cálculo se lleva a cabo según la corriente de carga real y el tiempo para cargar la batería desde el punto de inflexión de voltaje hasta el estado de carga completa. Puesto que el valor de capacidad de referencia correspondiente al punto de inflexión de voltaje es un valor preciso, la cantidad eléctrica de carga es también un valor preciso, y la capacidad real precisa de la batería se puede obtener sumando el valor de capacidad de referencia y la cantidad eléctrica de carga.
[0054] Según esta realización de la presente invención, el valor absoluto del SOC no está implicado en el proceso para estimar la capacidad real de la batería, de manera que se puede evitar el defecto de que la precisión de la estimación del SOC es excesivamente dependiente cuando se calcula de modo tradicional la capacidad real de la batería. Además, según esta realización de la presente invención, no se tiene que vaciar la batería y se satisface el hábito de uso de un usuario común. Los experimentos prueban que la capacidad real de la batería se puede calcular con precisión cuando puede comenzar la carga con el SOC inferior al 60%.
[0055] A modo de ejemplo, el punto de inflexión de voltaje es el punto con el cambio más rápido de voltaje, junto con la capacidad, de manera que el punto de inflexión de voltaje se puede determinar según la curva de diferencial de voltaje–capacidad, y el punto de inflexión de voltaje corresponde a la cresta de onda de la curva de diferencial de voltaje-capacidad. Específicamente, la curva de voltaje-capacidad se somete a una diferenciación para obtener una curva de diferencial de voltaje-capacidad (dV/dQ-Q), y el valor de capacidad correspondiente al punto de inflexión de voltaje se determina según la cresta de onda de la curva de diferencial de voltajecapacidad.
[0056] Hay múltiples crestas de onda, generalmente, en la curva de diferencial de voltaje-capacidad. A fin de determinar el punto de inflexión de voltaje, se necesita determinar un pico característico en la curva de diferencial de voltaje-capacidad, a saber, la cresta de onda correspondiente al punto de inflexión de voltaje. Según esta realización de la presente invención, el pico característico se identifica según la relación entre el perímetro y el área de cada cresta de onda, y el punto de inflexión de voltaje determinado según el pico característico es el punto de inflexión de voltaje que satisface la característica de capacidad constante.
[0057] Específicamente, haciendo referencia a la FIG. 3, se identifican las múltiples crestas de onda en la curva de diferencial de voltaje-capacidad, y se calculan la primera altura y la primera anchura entre cada cresta de onda y el valle de onda adyacente a la izquierda y la segunda altura y la segunda anchura entre cada cresta de onda y el valle de onda adyacente a la derecha. La primera altura es un valor de diferencias del diferencial de voltaje entre cada cresta de onda y el valle de onda adyacente a la izquierda y la primera anchura es un valor de diferencias de la capacidad entre cada cresta de onda y el valle de onda adyacente a la izquierda. La segunda altura es un valor absoluto del valor de diferencias del diferencial de voltaje entre cada cresta de onda y el valle de onda adyacente a la derecha y la segunda anchura es un valor absoluto del valor de diferencias de la capacidad entre cada cresta de onda y el valle de onda adyacente a la derecha.
[0058] A continuación, el índice de determinación para cada cresta de onda se calcula según la primera altura, la primera anchura, la segunda altura y la segunda anchura. Se toma como índice de determinación una suma de las relaciones entre los perímetros y las áreas de los picos de semiborde izquierdo y derecho de cada cresta de onda. Específicamente, el índice de determinación se muestra como p=2(h1+w1)/(h1∙w1)+2(h2+w2)/(h2∙w2), h1 representa la primera altura, w1 representa la primera anchura, h2 representa la segunda altura y w2 representa la segunda anchura. Después de calcular el índice de determinación para cada cresta de onda, se usa una cresta de onda con un índice de determinación mínimo como el pico característico y se usa para determinar el punto de inflexión de voltaje.
[0059] En algunas realizaciones, para reducir los errores, antes de someter a una diferenciación la curva de voltajecapacidad, el método incluye además realizar un filtrado de suavizado en la curva de voltaje-capacidad. Después de determinar el punto de inflexión de voltaje, la capacidad real de la batería se puede estimar según el modo descrito anteriormente.
[0060] Según esta realización de la presente invención, la curva de voltaje-capacidad se detecta y se analiza en tiempo real en el proceso de carga de baterías, la batería no tiene que someterse a una descarga profunda, se satisface el hábito de uso del usuario y el método tiene grandes ventajas técnicas y valor de mercado. En el proceso de cálculo, no se tiene que determinar el SOC inicial de la batería, no se implica al valor absoluto del SOC y la capacidad real de la batería se puede calcular solo identificando el punto de inflexión de voltaje en el proceso de carga, de manera que se mejora la precisión de la estimación de la capacidad real de la batería. Además, se puede obtener el SOH de la batería y se mejoran la precisión de la estimación y la velocidad del SOH. Además, cuando se identifica el punto de inflexión de voltaje, se realiza una identificación automática usando
la característica de perímetro/área, y no se tiene que llevar a cabo manualmente un ajuste de umbral según diferentes tipos de vehículo y diferentes grados de envejecimiento, de manera que se mejora la universalidad. Una realización de la presente invención proporciona además un aparato de estimación de capacidad de baterías. El aparato puede estar configurado para implementar el método de estimación de capacidad de baterías anteriormente mencionado. Haciendo referencia a la FIG. 4, la FIG. 4 es un diagrama de bloques esquemático de un aparato de estimación de capacidad de baterías 400 según una realización de la presente invención.
[0061] Como se muestra en la FIG. 4, el aparato de estimación de capacidad de baterías 400 incluye una memoria 410, un procesador 420 y un programa informático almacenado en la memoria 410 y que se opera con el procesador 420. El procesador 420 puede implementar el método de estimación de capacidad de baterías, como se ha descrito anteriormente, cuando se ejecuta el programa informático. El procesador 420 puede implementarse por software, hardware,firmwareo una combinación de los mismos, y puede utilizar al menos uno de un circuito, un único o múltiples Circuitos integrados de aplicación específica (ASIC), un Procesador de señales digitales (DSP), un Dispositivo de procesamiento de señales digitales (DSPD), un Dispositivo lógico programable (PLD), una Agrupación de puertas programables en campo (FPGA), una Unidad central de procesamiento (CPU), un controlador, un microcontrolador y un microprocesador, de manera que el aparato puede ejecutar parte o la totalidad de las etapas o cualquier combinación de las etapas del método de estimación de capacidad de baterías en cada realización de la presente invención.
[0062] Una realización de la presente invención proporciona además un soporte de almacenamiento informático, un programa informático que está almacenado en el soporte de almacenamiento informático, y el programa informático puede ejecutarse para implementar el método de estimación de capacidad de baterías según esta realización de la presente invención.
[0063] Según esta realización de la presente invención, el aparato de estimación de capacidad de baterías 400 y el soporte de almacenamiento informático están configurados para conseguir el método de estimación de capacidad de baterías anteriormente mencionado y, por lo tanto, el dispositivo de estimación de capacidad de baterías y el soporte de almacenamiento informático tienen también ventajas similares.
[0064] Aunque se han descrito realizaciones a modo de ejemplo con referencia a los dibujos que se acompañan, se debe entender que las realizaciones a modo de ejemplo anteriores son solo ilustrativas y no están destinadas a limitar a las mismas el alcance de la presente invención. Un experto en la técnica puede realizar diversos cambios y modificaciones sin salirse del alcance y el espíritu de la presente invención. Todos estos cambios y modificaciones están destinados a ser abarcados por el alcance de la presente invención como se define en las reivindicaciones adjuntas.
[0065] Un experto en la técnica puede darse cuenta que las unidades a modo de ejemplo y las etapas de algoritmo descritas con referencia a las realizaciones divulgadas en esta memoria descriptiva pueden implementarse en hardware electrónico, o una combinación de software informático y hardware electrónico. Que las funciones se ejecuten en un modo de hardware o software depende de las aplicaciones particulares y las condiciones de restricción de diseño de las soluciones técnicas. Un experto en la técnica puede usar diferentes métodos para implementar las funciones descritas para cada aplicación particular, pero no se debe considerar que la implementación va más allá del alcance de las realizaciones de la presente invención.
[0066] En las diversas realizaciones previstas en la presente invención, se debe entender que el dispositivo y el método divulgados se pueden implementar de otra manera. Por ejemplo, la realización descrita del dispositivo es simplemente un ejemplo. Por ejemplo, la división de unidades es simplemente una división de funciones lógicas y puede ser otra división durante la implementación real. Por ejemplo, múltiples unidades o componentes se pueden combinar o integrar en otro sistema, o se pueden ignorar o no realizar algunas características.
[0067] Se exponen numerosos detalles específicos en la memoria descriptiva prevista en este documento. Sin embargo, se puede entender que las realizaciones de la presente invención se pueden poner en práctica sin los detalles específicos. En algunos ejemplos, los métodos, las estructuras y las tecnologías, conocidos, no se divulgan con detalle, para no hacer confusa la comprensión de la memoria descriptiva.
[0068] De manera similar, se debe entender que, para simplificar la presente invención y ayudar a entender uno o más aspectos de la invención, en las descripciones de las realizaciones a modo de ejemplo de la presente invención, las características de la presente invención se agrupan a veces en una única realización o figura, o descripciones de la misma. Sin embargo, el método de la presente invención no se debe interpretar como que refleja la siguiente intención: la presente invención requiere que se protejan más características que las indicadas explícitamente en cada reivindicación. En definitiva, como se refleja en las reivindicaciones correspondientes, la inventiva de la invención radica en resolver el problema técnico correspondiente usando menos características que todas las características de una única realización divulgada anteriormente. Por lo
tanto, las reivindicaciones que siguen a la implementación específica se incorporan expresamente por este documento en la implementación específica, representando cada reivindicación por sí sola una realización independiente de la presente invención.
[0070] Un experto en la técnica puede entender que todas las características divulgadas en esta memoria descriptiva (incluyendo las reivindicaciones, el resumen y los dibujos que se acompañan) y todos los procesos o unidades de cualquier método o dispositivo divulgados en este documento se pueden combinar en cualquier combinación, a menos que las características sean mutuamente exclusivas. A menos que se indique explícitamente de otro modo, cada característica divulgada en esta memoria descriptiva (incluyendo las reivindicaciones, el resumen y los dibujos que se acompañan) se puede reemplazar por una característica alternativa que sirva para el mismo propósito, equivalente o similar.
[0072] Adicionalmente, un experto en la técnica puede entender que, aunque algunas realizaciones en este documento incluyen algunas características, pero no otras, incluidas en otras realizaciones, se pretende que las combinaciones de características de realizaciones diferentes estén dentro del alcance de la presente invención y formen realizaciones diferentes. Por ejemplo, en las reivindicaciones, una cualquiera de las realizaciones reivindicadas se puede usar en cualquier combinación.
[0074] Todas las realizaciones de componente de la presente invención se pueden implementar a través de hardware o módulos de software que se ejecutan en uno o más procesadores, o una combinación de los mismos. Los expertos en la técnica deben entender que algunas o la totalidad de las funciones de algunos módulos según las realizaciones de la presente invención se pueden implementar en la práctica usando un microprocesador o un DSP. La presente invención se puede implementar también como un programa de aparato (p. ej., un programa informático y un producto de programa informático) para ejecutar una parte o la totalidad de los métodos descritos en este documento. Tal programa que implementa la presente invención puede almacenarse en el soporte legible por ordenador o puede estar en forma de una o más señales. Tales señales se pueden descargar de un sitio web de Internet, o proporcionarse en una señal portadora o proporcionarse de cualquier otra forma.
[0076] Se debe señalar que las realizaciones anteriormente mencionadas ilustran, en lugar de limitar, la presente invención, y los expertos en la técnica pueden concebir realizaciones alternativas sin salirse del alcance de las reivindicaciones adjuntas. En las reivindicaciones, cualquier signo de referencia colocado entre paréntesis no se deberá interpretar como que limita las reivindicaciones. La presente invención se puede implementar mediante hardware, que incluye varios elementos diferentes, y un ordenador programado apropiadamente. En las reivindicaciones unitarias que enumeran varios aparatos, varios de estos aparatos pueden estar realizados específicamente por el mismo elemento de hardware. El uso de palabras tales como “primero”, “segundo”, “tercero” y similares no denota ningún orden. Estas palabras se pueden interpretar como nombres.
[0078] Las descripciones anteriores son simplemente una implementación específica de la presente invención, pero no están destinadas a limitar el alcance de protección de la presente invención. Cualquier variación o reemplazo que los expertos en la técnica imaginen fácilmente, dentro del alcance técnico divulgado en la presente invención, estará comprendido dentro del alcance de protección de dicha presente invención. Por lo tanto, el alcance de protección de la presente invención estará sujeto al alcance de protección de las reivindicaciones adjuntas.
Claims (15)
1. REIVINDICACIONES
1. Un método de estimación de capacidad de baterías, que comprende:
S110: adquirir una curva de voltaje-capacidad de una batería en tiempo real en un proceso de carga de baterías; S120: realizar una diferenciación en la curva de voltaje-capacidad para obtener una curva de diferencial de voltaje-capacidad;
S130: identificar una pluralidad de crestas de onda en la curva de diferencial de voltaje-capacidad;
S140: calcular una primera altura y una primera anchura entre cada cresta de onda y un valle de onda adyacente a la izquierda, y una segunda altura y una segunda anchura entre cada cresta de onda y un valle de onda adyacente a la derecha;
S150: calcular un índice de determinación según la primera altura, la primera anchura, la segunda altura y la segunda anchura, donde p=2(h1+w1)/(h1∙w1)+2(h2+w2)/(h2∙w2), p representa el índice de determinación, h1 representa la primera altura, w1 representa la primera anchura, h2 representa la segunda altura y w2 representa la segunda anchura;
S160: determinar un punto de inflexión de voltaje en la curva de voltaje-capacidad según una cresta de onda con un índice de determinación mínimo;
S170: adquirir un valor de capacidad de referencia precalibrado correspondiente al punto de inflexión de voltaje en la curva de voltaje-capacidad;
S180: después de que la batería alcanza un estado de carga completa, adquirir una cantidad eléctrica de carga de la batería desde el punto de inflexión de voltaje hasta el estado de carga completa; y
S190: obtener una capacidad real de la batería basándose en una suma del valor de capacidad de referencia y la cantidad eléctrica de carga.
2. El método de estimación de capacidad de baterías según la reivindicación 1, antes de realizar una diferenciación en la curva de voltaje-capacidad, el método comprende además realizar un filtrado de suavizado en la curva de voltaje-capacidad y/o en el que el valor de capacidad de referencia se calibra del siguiente modo: vaciar la cantidad eléctrica de la batería, realizar a continuación una carga a corriente constante hasta alcanzar el estado de carga completa, registrar la curva de voltaje-capacidad de la batería en el proceso de carga a corriente constante y calibrar el valor de capacidad de referencia según la curva de voltaje-capacidad de la batería en el proceso de carga a corriente constante.
3. El método de estimación de capacidad de baterías según una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, en el que adquirir una cantidad eléctrica de carga de la batería desde el punto de inflexión de voltaje hasta el estado de carga completa comprende:
registrar el tiempo para cargar la batería desde el punto de inflexión de voltaje hasta el estado de carga completa; y
calcular la cantidad eléctrica de carga según el tiempo de carga y una corriente de carga.
4. El método de estimación de capacidad de baterías según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende además:
estimar un estado de salud de la batería según la capacidad real y una capacidad inicial precalibrada de la batería.
5. El método de estimación de capacidad de baterías según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la batería es una batería de fosfato de litio y hierro.
6. El método de estimación de capacidad de baterías según la reivindicación 4, en el que la capacidad inicial de la batería se determina del siguiente modo:
vaciar la cantidad eléctrica de la batería y realizar a continuación una carga a corriente constante hasta alcanzar el estado de carga completa; y
registrar la capacidad inicial de la batería.
7. El método de estimación de capacidad de baterías según una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, en el que estimar un estado de salud de la batería según la capacidad real y una capacidad inicial precalibrada de la batería comprende:
SOH=Q/Q<nueva>*100%, donde la capacidad real se representa con Q, la capacidad inicial se representa con Q<nueva>y el estado de salud de la batería se representa con SOH.
8. Un aparato de estimación de capacidad de baterías (400), que comprende una memoria (410) y un procesador (420), un programa informático que se opera con el procesador (420) que está almacenado en la memoria (410), y ejecutando el programa informático las siguientes etapas cuando se opera con el procesador (420):
adquirir una curva de voltaje-capacidad de una batería en tiempo real en un proceso de carga de baterías; realizar una diferenciación en la curva de voltaje-capacidad para obtener una curva de diferencial de voltajecapacidad;
identificar una pluralidad de crestas de onda en la curva de diferencial de voltaje-capacidad;
calcular una primera altura y una primera anchura entre cada cresta de onda y un valle de onda adyacente a la izquierda, y una segunda altura y una segunda anchura entre cada cresta de onda y un valle de onda adyacente a la derecha;
calcular un índice de determinación según la primera altura, la primera anchura, la segunda altura y la segunda anchura, donde p=2(h1+w1)/(h1∙w1)+2(h2+w2)/(h2∙w2), p representa el índice de determinación, h1 representa la primera altura, w1 representa la primera anchura, h2 representa la segunda altura y w2 representa la segunda anchura;
determinar un punto de inflexión de voltaje en la curva de voltaje-capacidad según una cresta de onda con un índice de determinación mínimo;
adquirir un valor de capacidad de referencia precalibrado correspondiente al punto de inflexión de voltaje en la curva de voltaje-capacidad;
después de que la batería alcanza un estado de carga completa, adquirir una cantidad eléctrica de carga de la batería desde el punto de inflexión de voltaje hasta el estado de carga completa; y
obtener una capacidad real de la batería basándose en una suma del valor de capacidad de referencia y la cantidad eléctrica de carga.
9. El aparato de estimación de capacidad de baterías (400) según la reivindicación 8, en el que, antes de realizar una diferenciación en la curva de voltaje-capacidad, el programa informático ejecuta además: realizar un filtrado de suavizado en la curva de voltaje-capacidad y/o en el que el valor de capacidad de referencia se calibra del siguiente modo:
vaciar la cantidad eléctrica de la batería, realizar a continuación una carga a corriente constante hasta alcanzar el estado de carga completa, registrar la curva de voltaje-capacidad de la batería en el proceso de carga a corriente constante y calibrar el valor de capacidad de referencia según la curva de voltaje-capacidad de la batería en el proceso de carga a corriente constante.
10. El aparato de estimación de capacidad de baterías (400) según una cualquiera de las reivindicaciones 8 y 9, en el que adquirir una cantidad eléctrica de carga de la batería desde el punto de inflexión de voltaje hasta el estado de carga completa comprende:
registrar el tiempo para cargar la batería desde el punto de inflexión de voltaje hasta el estado de carga completa; y
calcular la cantidad eléctrica de carga según el tiempo de carga y una corriente de carga y/o en el que el programa informático ejecuta además:
estimar un estado de salud de la batería según la capacidad real y una capacidad inicial precalibrada de la batería.
11. El aparato de estimación de capacidad de baterías (400) según las reivindicaciones 8 a 10, en el que, la batería es una batería de fosfato de litio y hierro.
12. Un soporte de almacenamiento informático, que almacena un programa informático, en el que el programa informático comprende instrucciones que, cuando las ejecuta un ordenador, hacen que el ordenador lleve a cabo las etapas de:
adquirir una curva de voltaje-capacidad de una batería en tiempo real en un proceso de carga de baterías; realizar una diferenciación en la curva de voltaje-capacidad para obtener una curva de diferencial de voltajecapacidad;
identificar una pluralidad de crestas de onda en la curva de diferencial de voltaje-capacidad;
calcular una primera altura y una primera anchura entre cada cresta de onda y un valle de onda adyacente a la izquierda, y una segunda altura y una segunda anchura entre cada cresta de onda y un valle de onda adyacente a la derecha;
calcular un índice de determinación según la primera altura, la primera anchura, la segunda altura y la segunda anchura, donde p=2(h1+w1)/(h1∙w1)+2(h2+w2)/(h2∙w2), p representa el índice de determinación, h1 representa la primera altura, w1 representa la primera anchura, h2 representa la segunda altura y w2 representa la segunda anchura;
determinar un punto de inflexión de voltaje en la curva de voltaje-capacidad según una cresta de onda con un índice de determinación mínimo;
adquirir un valor de capacidad de referencia precalibrado correspondiente al punto de inflexión de voltaje en la curva de voltaje-capacidad;
después de que la batería alcanza un estado de carga completa, adquirir una cantidad eléctrica de carga de la batería desde el punto de inflexión de voltaje hasta el estado de carga completa; y
obtener una capacidad real de la batería basándose en una suma del valor de capacidad de referencia y la cantidad eléctrica de carga.
13. El soporte de almacenamiento informático según la reivindicación 12, en el que, antes de realizar una diferenciación en la curva de voltaje-capacidad, el programa informático implementa además: realizar un filtrado de suavizado en la curva de voltaje-capacidad y/o en el que el valor de capacidad de referencia se calibra del siguiente modo:
vaciar la cantidad eléctrica de la batería, realizar a continuación una carga a corriente constante hasta alcanzar el estado de carga completa, registrar la curva de voltaje-capacidad de la batería en el proceso de carga a corriente constante y calibrar el valor de capacidad de referencia según la curva de voltaje-capacidad de la batería en el proceso de carga a corriente constante.
14. El soporte de almacenamiento informático según una cualquiera de las reivindicaciones 12 y 13, en el que adquirir una cantidad eléctrica de carga de la batería desde el punto de inflexión de voltaje hasta el estado de carga completa comprende:
registrar el tiempo para cargar la batería desde el punto de inflexión de voltaje hasta el estado de carga completa; y
calcular la cantidad eléctrica de carga según el tiempo de carga y una corriente de carga.
15. El soporte de almacenamiento informático según una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, en el que el programa informático implementa además:
estimar un estado de salud de la batería según la capacidad real y una capacidad inicial precalibrada de la batería y/o
en el que la batería es una batería de fosfato de litio y hierro.
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