ES3056349T3 - Device, system, and method for estimating the performance of a rechargeable battery - Google Patents

Device, system, and method for estimating the performance of a rechargeable battery

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ES3056349T3
ES3056349T3 ES21875926T ES21875926T ES3056349T3 ES 3056349 T3 ES3056349 T3 ES 3056349T3 ES 21875926 T ES21875926 T ES 21875926T ES 21875926 T ES21875926 T ES 21875926T ES 3056349 T3 ES3056349 T3 ES 3056349T3
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Abstract

La presente invención se refiere a un aparato, sistema y método para predecir el rendimiento de una celda secundaria. El aparato de la presente invención comprende: un sensor de corriente para medir la corriente de descarga emitida por la celda secundaria durante un periodo de descarga, en el que esta se descarga desde una tensión de referencia predeterminada hasta una tensión constante; y una unidad de control para calcular la relación entre la variación de la resistencia y la variación del estado de carga (SOC) durante el periodo de descarga, basándose en la tensión de referencia y la variación de la corriente de descarga a lo largo del tiempo. La unidad de control calcula los valores de resistencia de cada una de las siguientes: primera, segunda y tercera resistencia, basándose en la relación entre la variación de la resistencia y la variación del SOC durante el periodo de descarga. La primera resistencia es la resistencia debida a la caída de tensión de la celda secundaria, la segunda resistencia es la resistencia generada al insertar iones en un material activo de la celda secundaria durante el periodo de descarga, y la tercera resistencia es la resistencia de polarización generada por el movimiento de los iones en la celda secundaria. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN
[0002] Dispositivo, sistema, y método para estimar el rendimiento de una batería recargable
[0003] Antecedentes de la invención
[0004] (a) Campo de la invención
[0005] Campo técnico
[0006] La presente invención se refiere a un dispositivo, a un sistema, y a un método para estimar el rendimiento de una batería recargable.
[0007] Antecedentes de la técnica
[0008] A medida que la demanda de baterías recargables de litio cambia de dispositivos electrónicos portátiles pequeños a vehículos eléctricos (VE) y sistemas de almacenamiento de energía (ESS) medianos y grandes, las características de batería requeridas también cambian significativamente. Además de requisitos significativamente reforzados, tales como una fiabilidad a largo plazo de más de 10 años, seguridad a nivel de bloque y seguridad de competitividad de precios en comparación con las baterías pequeñas existentes, también se requieren una característica de alta potencia y un rendimiento de carga rápido.
[0009] Recientemente, se han realizado intentos para mejorar la salida mejorando una velocidad de movimiento de electrones o mejorando una velocidad de movimiento de iones. Por ejemplo, hay varios intentos tales como investigación sobre tecnología para aumentar la conductividad para mejorar la velocidad de movimiento de los electrones, o añadir nuevos materiales para mejorar la velocidad de movimiento de los iones (Li+). Lo que se requiere, acompañando esto, es un método para medir o estimar cuánta salida de la batería recargable ha mejorado mejorando la velocidad de movimiento de los electrones o los iones (Li+).
[0010] El documento US 2001/028238 A1 describe un método para determinar el estado de una batería secundaria tal como una batería de níquel-hidrógeno y una batería secundaria de litio. El valor relacionado con la resistencia interna que está relacionado con la resistencia interna de una batería secundaria se compara con una relación obtenida previamente entre el valor relacionado con la resistencia interna y el estado de la batería para determinar el estado de la batería de la batería secundaria.
[0011] El documento US 2019/271745 A1 describe un dispositivo de diagnóstico para una batería que incluye una unidad de medición configurada para adquirir un valor de corriente y un valor de tensión de la batería, y una unidad de diagnóstico configurada para calcular un valor de resistencia interna de la batería basándose en valor de corriente y el valor de tensión adquiridos por la unidad de medición, y diagnosticar la batería basándose en el valor de resistencia interna.
[0012] El documento US 2018/080996 A1 describe que el deterioro de un elemento de almacenamiento de energía de electrolito no acuoso se detecta basándose en una primera tasa de aumento y una segunda tasa de aumento, siendo la primera tasa de aumento una tasa de aumento de un valor de resistencia de corriente continua obtenido midiendo el elemento de almacenamiento de energía de electrolito no acuoso durante un primer periodo de tiempo, siendo la segunda tasa de aumento una tasa de aumento de un valor de resistencia de corriente continua obtenido midiendo el elemento de almacenamiento de energía de electrolito no acuoso durante un segundo periodo de tiempo que es más largo que el primer periodo de tiempo.
[0013] El documento US 2017/331162 A1 describe un cargador de batería para detectar cuándo una batería tiene un estado de salud bajo mientras simultáneamente carga o mantiene la batería.
[0014] El documento US 2011/109273 A1 describe un método de cálculo de corriente de descarga.
[0015] Sin embargo, para medir la salida de la batería recargable, puesto que la tensión y la corriente deben medirse y controlarse simultáneamente, es mucho más difícil que medir la capacidad de una celda de batería unitaria convencional. Además, se ha señalado como un problema porque el valor medido tiende a variar en gran medida dependiendo de las condiciones de medición, tales como un tiempo de mantenimiento de la salida, un estado de carga (SOC), una condición de corte y una temperatura de medición, así como la selección del método para medir la salida de la batería recargable.
[0016] Por tanto, existe la necesidad de un método que pueda estimar fácilmente y de manera precisa cuánto rendimiento de salida o rendimiento de carga rápida de la batería recargable ha mejorado debido a la mejora de la velocidad de movimiento de los iones.
[0017] Divulgación
[0018] Problema técnico
[0019] La presente invención proporciona un dispositivo, un sistema, y un método para una estimación de rendimiento de una batería recargable para estimar la mejora de la salida de la batería recargable según la mejora de la velocidad de movimiento del ion basándose en una resistencia de polarización (Rpola.), que es una resistencia provocada por el movimiento de los iones.
[0020] La presente invención proporciona un dispositivo, un sistema, y un método para una estimación de rendimiento de una batería recargable para descargar la batería recargable con un modo de corriente constante (CC) y un modo de tensión constante (CV) y cuantificar la resistencia de polarización (Rpola.) basándose en la salida de corriente de descarga de la batería recargable en el modo de tensión constante (CV).
[0021] La presente invención proporciona un dispositivo, un sistema, y un método para una estimación de rendimiento de una batería recargable para determinar que la batería recargable que va a verificarse supera un rendimiento de salida predeterminado si el valor de resistencia de polarización (Rpola.) es menor que un valor de referencia predeterminado.
[0022] Método técnico
[0023] El problema anterior se supera mediante el contenido de las reivindicaciones independientes. Las reivindicaciones dependientes se refieren a realizaciones particulares. La descripción y los dibujos también presentan aspectos adicionales, ejemplos, implementaciones, realizaciones no reivindicadas, realizaciones a modo de ejemplo, etc. para la mejor comprensión de las realizaciones definidas en las reivindicaciones adjuntas. A este respecto, el alcance de la invención se define mediante las reivindicaciones.
[0024] Efectos ventajosos
[0025] La presente invención puede determinar fácilmente si la batería recargable que va a verificarse en una etapa de investigación y producción de la batería recargable pasa un rendimiento de salida predeterminado con un valor numérico de resistencia de polarización (Rpola.).
[0026] Descripción de los dibujos
[0027] La figura 1 es una vista que explica un sistema para estimar un rendimiento de una batería recargable según una realización a modo de ejemplo.
[0028] La figura 2 es un diagrama de flujo que explica un método para estimar un rendimiento de una batería recargable según una realización a modo de ejemplo.
[0029] La figura 3 es un gráfico que muestra una corriente de descarga medida mientras se descarga una batería recargable con una tensión constante (CV).
[0030] La figura 4 es un gráfico que convierte un gráfico de corriente-tiempo de la figura 3 en un gráfico de resistencia-SOC (estado de carga).
[0031] La figura 5 es una vista que explica un método para calcular una resistencia de polarización (Rpola.) en un gráfico de la figura 4.
[0032] La figura 6 y la figura 7 son gráficos que muestran resultados experimentales para comparar un rendimiento de una batería recargable a temperatura ambiente y a baja temperatura.
[0033] La figura 8 y la figura 9 son gráficos que comparan un rendimiento de carga de una batería recargable basándose en una resistencia de polarización (Rpola.) cuando la porosidad de un electrodo negativo es diferente.
[0034] La figura 10 y la figura 11 son gráficos que comparan un rendimiento de salida de una batería recargable basándose en una resistencia de polarización (Rpola.) cuando un aditivo de electrodo positivo es diferente.
[0035] La figura 12 y la figura 13 son gráficos que comparan un rendimiento de salida de una batería recargable basándose en una resistencia de polarización (Rpola.) cuando una porosidad de un electrodo positivo es diferente.
[0036] Modo para la invención
[0037] A continuación en el presente documento, se describen con detalle realizaciones a modo de ejemplo divulgadas en la presente memoria descriptiva con referencia a los dibujos adjuntos. En la presente memoria descriptiva, los mismos o componentes similares se indicarán mediante los mismos o números de referencia similares, y se omitirá una descripción solapada de los mismos. Los términos “módulo” y “unidad” para componentes usados en la siguiente descripción se usan únicamente para hacer fácilmente una especificación. Por tanto, estos términos no tienen significados o funciones que los distingan entre sí en sí mismos.
[0038] Los términos que incluyen números ordinales tales como primero, segundo y similares se usarán únicamente para describir diversos componentes, y no deben interpretarse como limitativos de estos componentes. Los términos se usan únicamente para diferenciar un componente de otros componentes.
[0039] Debe entenderse que cuando un componente se denomina “conectado” o “acoplado” a otro componente, puede conectarse o acoplarse directamente a otro componente o conectarse o acoplarse a otro componente con el otro componente interpuesto entre los mismos. Por otro lado, debe entenderse que cuando un componente se denomina “conectado o acoplado directamente” a otro componente, puede conectarse o acoplarse a otro componente sin que otro componente intervenga entre los mismos.
[0040] Se entenderá además que los términos “comprende” o “tiene” usados en la presente memoria descriptiva especifican la presencia de características, números, etapas, operaciones, componentes, partes mencionados o una combinación de los mismos, pero no excluyen la presencia o adición de una o más de otras características, números, etapas, operaciones, componentes, partes o una combinación de los mismos.
[0041] La figura 1 es una vista que explica un sistema que estima un rendimiento de una batería recargable según una realización a modo de ejemplo.
[0042] Haciendo referencia a la figura 1, un sistema 100 de estimación de rendimiento de una batería recargable puede incluir una batería 10 recargable, un descargador 20, un sensor 30 de tensión, un sensor 40 de corriente, un relé 50, y una unidad 60 de control (o un circuito de control).
[0043] La batería 10 recargable es una batería compuesta por al menos una celda electroquímica que puede cargarse y descargarse de manera repetida. A continuación en el presente documento, la batería 10 recargable se describe como una batería recargable de iones de litio (ion de Li) que produce electricidad mediante una reacción química de litio, pero no se limita a la misma, y puede incluir una batería recargable que puede cargarse y descargarse de manera repetida tal como una batería de níquel-cadmio (Ni-Cd), una batería de níquel hidrógeno (NiMH), etc.
[0044] La batería recargable puede estar compuesta por un electrodo positivo (un ánodo), un electrodo negativo (un cátodo), una disolución de electrolito, y un separador.
[0045] El electrodo positivo puede recubrirse con una mezcla en la que un material activo positivo, un agente conductor, y un aglutinante se mezclan en un material base delgado de aluminio que soporta un armazón del electrodo positivo. El material activo positivo es un material que contiene ion de litio (Li+), que es inestable en un estado elemental, tal como óxido de litio en el que se combina litio con oxígeno. Es decir, el material activo positivo proporciona iones de litio (Li<+>) durante la carga, y es un material implicado en la reacción de electrodo de la batería real. El agente conductor funciona para aumentar la conductividad del material activo positivo con baja conductividad eléctrica. El aglutinante actúa como una clase de adhesivo que ayuda al material activo y al agente conductor a sedimentar bien sobre el material base de aluminio.
[0046] Para el electrodo negativo, un material activo negativo, un agente conductor, y un aglutinante se recubren sobre un material base de cobre. El material activo negativo almacena iones de litio (Li<+>) durante la carga, y se usa principalmente grafito con una estructura estable. El grafito tiene muchas condiciones que debe tener el material activo negativo: estabilidad estructural, baja reactividad electroquímica, y la capacidad de almacenar muchos iones de litio (Li<+>). El material activo negativo permite que la corriente fluya a través del circuito externo, mientras que absorbe y libera de manera reversible iones de litio (Li<+>) descargados del electrodo positivo
[0047] La disolución de electrolito es un medio que permite que los iones de litio (Li<+>) se muevan entre los electrodos positivo y negativo. Como disolución de electrolito, puede usarse un material con alta conductividad iónica para mover bien los iones de litio (Li). La disolución de electrolito puede consistir en sales, disolventes, y aditivos. La sal es un paso a través del cual puede pasar un ion de litio (Li+), el disolvente es un líquido orgánico usado para disolver la sal, y el aditivo es un material añadido en una pequeña cantidad para un propósito específico.
[0048] El separador es una película polimérica porosa que impide físicamente que los electrodos positivo y negativo se pongan en contacto entre sí. Además, los iones de litio (Li<+>) pueden moverse a través de los poros formados en el separador. Por ejemplo, si el electrodo positivo y el electrodo negativo están en contacto directo, la batería puede cortocircuitarse o explotar.
[0049] El rendimiento requerido para la batería 10 recargable varía dependiendo del entorno en el que se use. Por ejemplo, el rendimiento de salida de la batería 10 recargable es la capacidad para proporcionar la energía eléctrica durante un tiempo unitario. Por ejemplo, la energía eléctrica requerida para ejecutar una imagen es mayor que la energía eléctrica requerida para ejecutar una llamada de teléfono en un teléfono inteligente, y en este momento, por consiguiente, también se determina la salida de la batería 10 recargable que proporciona la energía eléctrica al teléfono inteligente. Por ejemplo, si la velocidad de movimiento de los electrones se mejora o se mejora la velocidad de movimiento del ion de litio (Li<+>), también puede mejorarse la salida que puede proporcionar la batería 10 recargable.
[0050] El descargador 20, para estimar el rendimiento de salida o el rendimiento de carga rápida de la batería 10 recargable, después de descargar la batería 10 recargable con una corriente constante (CC), puede descargarla desde una tensión de referencia predeterminada con una tensión constante (CV). El descargador 20 puede descargar la batería 10 recargable bajo el control de la unidad 60 de control, pero no se limita a la misma, y puede descargar la batería 10 recargable según una etapa predeterminada incluyendo un circuito de descarga independiente, un sensor de corriente, y un sensor de tensión.
[0051] En este momento, la tensión de referencia, que es un punto de inflexión para cambiar el modo de descarga desde el modo de corriente constante (CC) hasta el modo de tensión constante (CV), puede ajustarse a un valor de tensión en el que la resistencia de polarización generada por el movimiento de los iones de litio (Li<+>) se observa bien o un valor de tensión correspondiente al SOC (estado de carga) para el que va a comprobarse el rendimiento de salida. Además, el descargador 20 puede terminar la descarga de la batería 10 recargable cuando el SOC de la batería 10 recargable alcanza un valor de SOC predeterminado.
[0052] El sensor 30 de tensión puede medir la tensión de la batería 10 recargable en un intervalo de tiempo predeterminado o en tiempo real y transmitirla a la unidad 60 de control.
[0053] El sensor 40 de corriente puede medir la corriente de descarga que es una salida de corriente de la batería 10 recargable y transmitirla a la unidad 60 de control. Según una realización a modo de ejemplo, el sensor 40 de corriente puede medir la corriente de descarga que es la salida de corriente de la batería 10 recargable en el intervalo de tiempo predeterminado o en tiempo real durante el periodo de descarga en el que la batería 10 recargable se descarga desde la tensión de referencia predeterminada con la tensión constante (CV) que va a transmitirse a la unidad 60 de control.
[0054] El relé 50 conecta o desconecta eléctricamente la batería 10 recargable y el descargador 20 bajo el control de la unidad 60 de control. Por ejemplo, la unidad 60 de control puede transmitir una señal de control para encender el relé 50 para conectar la batería 10 recargable y el descargador 20, descargando de manera continua de ese modo la batería 10 recargable durante un tiempo predeterminado.
[0055] La unidad 60 de control calcula una relación de cambio de resistencia que depende del cambio de estado de carga (SOC) durante el periodo de descarga basándose en el cambio de la corriente de descarga según la tensión de referencia y el paso del tiempo. Además, la unidad 60 de control puede calcular, basándose en la relación de cambio de resistencia que depende del cambio de estado de carga (SOC) durante el periodo de descarga, cada resistencia de una primera resistencia de una resistencia que depende de la característica eléctrica de la batería 10 recargable, una segunda resistencia de una resistencia generada dependiendo de la inserción de los iones de litio (Li<+>) en el material activo de la batería recargable durante el periodo de descarga, y una tercera resistencia de la resistencia de polarización generada por el movimiento de los iones de litio (Li<+>) en la batería 10 recargable. Para una descripción más detallada, se explicará conjuntamente en la figura 2 a la figura 5.
[0056] La figura 2 es un diagrama de flujo que explica un método para estimar un rendimiento de una batería recargable según una realización a modo de ejemplo, la figura 3 es un gráfico que muestra una corriente de descarga medida mientras se descarga una batería recargable con una tensión constante (CV), la figura 4 es un gráfico que convierte un gráfico de corriente-tiempo de la figura 3 en un gráfico de resistencia-SOC (estado de carga), y la figura 5 es una vista que explica un método para calcular una resistencia de polarización (Rpola.) en un gráfico de la figura 4.
[0057] Haciendo referencia a la figura 2, en primer lugar, la unidad 60 de control controla el descargador 20 para descargar la batería 10 recargable con la corriente constante (CC) de modo que la tensión de la batería 10 recargable disminuye hasta una tensión de referencia predeterminada (S110).
[0058] Por ejemplo, si se mejor la velocidad de movimiento de los iones de litio (Li<+>) cambiando el aditivo de electrodo positivo, la porosidad del electrodo positivo, el material activo negativo, etc., también se mejora la salida de la batería 10 recargable. Cuando la batería 10 recargable se descarga de manera continua durante un tiempo predeterminado y disminuye el estado de carga (SOC) de la batería 10 recargable y alcanza un valor específico (por ejemplo, un SOC del 30 %, etc.), puede producirse una sección en la que el rendimiento de salida disminuye rápidamente. En este momento, el investigador y similares puede querer comprobar cuánto se mejora el rendimiento de salida de la batería 10 recargable en la sección correspondiente cambiando el aditivo de electrodo positivo, la porosidad del electrodo positivo, el material activo negativo, y similares. En este momento, el punto de partida de la sección puede establecerse como el estado de carga (SOC) de la batería 10 recargable. Además, el valor de tensión correspondiente al estado de carga (SOC) puede establecerse como la tensión de referencia.
[0059] A continuación, la unidad 60 de control controla el descargador 20 para descargar la batería 10 recargable con la tensión constante (CV) (S120).
[0060] Según una realización a modo de ejemplo, la unidad 60 de control puede establecer una sección de descarga para descargar la batería 10 recargable con la tensión constante (CV) basándose en el estado de carga (SOC) de la batería 10 recargable. Por ejemplo, la unidad 60 de control, cuando el estado de carga (SOC) en tiempo real de la batería 10 recargable alcanza el primer estado de carga (SOC) (por ejemplo, un SOC del 35 %), controla el descargador 20 de modo que comienza la descarga con la tensión constante (CV) de la batería 10 recargable. Además, la unidad 60 de control, cuando el estado de carga (SOC) en tiempo real de la batería 10 recargable alcanza el segundo estado de carga (SOC) (por ejemplo, un SOC del 20 %), controla el descargador 20 de modo que se interrumpe la descarga con tensión constante (CV) de la batería 10 recargable. Es decir, la unidad 60 de control puede descargar la batería 10 recargable con la tensión constante (CV) en la sección de descarga en la que el punto de partida se establece como el SOC del 35 % y el punto final como el SOC del 20 %. En este momento, el tiempo correspondiente a la sección de descarga se define como periodo de descarga.
[0061] A continuación, la unidad 60 de control recibe el valor medido de la salida de corriente de descarga de la batería recargable durante el periodo de descarga del sensor de corriente (S130).
[0062] Según una realización a modo de ejemplo, el sensor 40 de corriente mide la corriente de descarga de la salida de corriente de la batería 10 recargable en un intervalo de tiempo predeterminado o en tiempo real que va a transmitirse a la unidad 60 de control durante el periodo de descarga en el que la batería 10 recargable se descarga desde la tensión de referencia predeterminada con la tensión constante (CV).
[0063] La figura 3 muestra la corriente de descarga según el paso del tiempo calculado en las condiciones experimentales en las que la descarga con la tensión constante (CV) de la batería 10 recargable comienza cuando el estado de carga (SOC) es del 35 % y la tensión de referencia es de 2,5 V, y la descarga de la batería 10 recargable termina cuando el estado de carga (SOC) alcanza el 20 %. La unidad 60 de control puede calcular el valor medido de la corriente de descarga recibida del sensor de corriente con el gráfico tal como se muestra en la figura 3.
[0064] A continuación, la unidad 60 de control calcula la resistencia de polarización Rpola. generada por el movimiento de los iones de litio (Li<+>) basándose en la corriente de descarga según el paso del tiempo (S140).
[0065] Según una realización a modo de ejemplo, si la batería 10 recargable se descarga con la tensión constante CV, es decir, se descarga mientras mantiene constante la tensión, puede observarse el cambio de corriente tal como se muestra en la figura 3. Además, la unidad 60 de control, durante el periodo de descarga, puede estimar el SOC en cada punto en el gráfico de la figura 3. Debido a la descarga de tensión constante CV, puesto que la tensión es constante, el cambio de corriente que depende del paso del tiempo puede comprobarse en la figura 3 y puede conocerse el valor del SOC correspondiente a cada momento, y la unidad 60 de control puede derivar una relación de cambio de resistencia según el cambio de SOC durante el periodo de descarga. Por ejemplo, la unidad 60 de control puede calcular la relación de cambio de resistencia según el cambio de SOC durante el periodo de descarga basándose en la figura 3 con el gráfico tal como se muestra en la figura 4.
[0066] La figura 5 es un dibujo que muestra el método para calcular la resistencia de polarización Rpola. en el gráfico mostrado en la figura 4. En primer lugar, la unidad 60 de control, basándose en la relación de cambio de resistencia que depende del cambio de SOC durante el periodo de descarga, puede calcular el valor de resistencia de una primera resistencia Róhmica de una resistencia debido a la caída de tensión de la batería 10 recargable. La resistencia de la primera resistencia Róhmica corresponde a un valor de suma de valores de resistencia de una resistencia eléctrica Róhm. derivada dependiendo de una característica eléctrica de la batería 10 recargable, una resistencia de transferencia de carga Rct, y una resistencia Rocv por una tensión en circuito abierto (OCV).
[0067] Por ejemplo, la primera resistencia Róhmica, cuando la batería 10 recargable se descarga con la tensión constante CV, puede expresarse en el plazo de aproximadamente 0,1 segundos. Por consiguiente, la unidad 60 de control, en el gráfico de la figura 5, puede usar el valor de resistencia desarrollado en el momento del periodo de descarga, de manera más precisa, después de 0,1 segundos desde el momento, como el valor de resistencia a la primera resistencia Róhmica.
[0068] La unidad 60 de control calcula una segunda resistencia (Rdif.), que es una resistencia generada a medida que los iones se insertan en el material activo de la batería 10 recargable. Además, la segunda resistencia Rdif., dicho de otro modo, puede definirse como una resistencia Rdif. por la difusión del electrolito.
[0069] Haciendo referencia a la figura 5, la unidad 60 de control puede calcular la resistencia (por ejemplo, 9 ohm) en el punto final P3 del periodo de descarga como valor de límite superior de la segunda resistencia Rdif. en una línea de extensión S que conecta un primer punto P1 correspondiente a la resistencia del momento del periodo de descarga y un segundo punto P2 en el que una razón de cambio de resistencia para el cambio de SOC supera un primer valor de referencia en la relación de cambio de resistencia para el cambio de SOC. La unidad 60 de control puede calcular la resistencia (por ejemplo, 7,8 ohm) para la segunda resistencia Rdif. basándose en la diferencia (9 - 1,2 = 7,8 ohm) del valor de límite superior de la segunda resistencia Rdif. y la resistencia (por ejemplo, 1,2 ohm) de la primera resistencia Róhmica. En este caso, el segundo punto P2 puede definirse como un punto en el que el cambio de la pendiente es brusco en la relación de cambio de resistencia gráfico según el cambio de SOC, es decir, el punto en el que la pendiente supera un primer valor de referencia predeterminado.
[0070] La unidad 60 de control calcula la tercera resistencia Rpola., que es la resistencia de polarización provocada por el movimiento de los iones en la batería recargable. La unidad 60 de control, haciendo referencia a la figura 5, puede calcular la resistencia (por ejemplo, 5,8 ohm) de la tercera resistencia Rpola. Basándose en la diferencia (14,8 - 9 = 5,8 ohm) de la resistencia (por ejemplo, 14,8 ohm) del punto final P4 del periodo de descarga y el valor de límite superior (por ejemplo, 9 ohm) de la segunda resistencia.
[0071] A continuación, la unidad 60 de control compara el valor de resistencia de polarización Rpola. con un valor de referencia (S150).
[0072] Según una realización a modo de ejemplo, si hay un índice de rendimiento esperado de la batería recargable completamente ensamblada, el valor de resistencia de polarización Rpola. Correspondiente al índice de rendimiento puede calcularse como valor de referencia. Luego, la unidad 60 de control puede comparar el valor de resistencia de polarización Rpola. del electrodo medido con el valor de referencia para determinar si la batería recargable que incluye el electrodo que va a verificarse pasa el rendimiento de referencia (PASA) o no pasa (NO PASA).
[0073] A continuación, si el valor de resistencia de polarización Rpola. es menor que el valor de referencia (S150, Sí), la unidad 60 de control determina que el rendimiento de la batería recargable incluyendo el electrodo correspondiente pasa el índice de rendimiento esperado de la batería recargable completamente ensamblada (PASA) (S160).
[0074] A continuación, si el valor de resistencia de polarización Rpola. es mayor que el valor de referencia (S215, No), la unidad 60 de control determina que el rendimiento de la batería recargable incluyendo el electrodo correspondiente no pasa el índice de rendimiento esperado de la batería recargable completamente ensamblada (NO PASA) (S170). La figura 6 a la figura 16 son resultados experimentales que muestran una correlación entre una resistencia de polarización Rpola. y un rendimiento de salida.
[0075] La figura 6 y la figura 7 muestran los resultados experimentales para comparar el rendimiento de la batería recargable a temperatura ambiente y a baja temperatura.
[0076] La figura 6 se obtiene realizando un ensayo de descarga en cada uno de una pluralidad de electrodos A, B, C, y D) con una tensión constante CV a temperatura ambiente (por ejemplo, 25 ºC) y condiciones de partida predeterminadas (15C y 2,5 V), y presenta una relación de cambio de resistencia según el cambio de SOC durante el periodo de descarga. La figura 7 se obtiene realizando un ensayo de descarga en cada uno de una pluralidad de electrodos A, B, C, y D) con una tensión constante CV a baja temperatura (por ejemplo, -10 ºC) y condiciones de partida predeterminadas (5,5C y 2,5 V), y presenta la relación de cambio de resistencia según el cambio de SOC durante el periodo de descarga. Una pluralidad de electrodos A, B, C, y D y otras condiciones son iguales, y únicamente la temperatura y las condiciones de inicio son diferentes, y se realizan los ensayos de descarga. El ensayo de descarga es para descargar la batería recargable con la corriente constante CC y la tensión constante CV, y para medir la salida de corriente de descarga de la batería recargable durante el periodo de descarga, que es un periodo durante el cual la batería recargable se descarga con la tensión constante CV.
[0077] <Tabla 1>
[0080]
[0082] La tabla 1 presenta los valores de una corriente de fin de descarga (I de fin) y una resistencia de polarización Rpola. de una salida de descarga continua de cada uno de una pluralidad de electrodos A, B, C, y D calculada basándose en la figura 6 y la figura 7. Haciendo referencia a la tabla 1, independientemente de la temperatura y las condiciones de partida, puede observarse que cuanto menor sea el valor de resistencia de polarización (Rpola.) (A>B>C>D), mayor será el valor de corriente de fin de descarga (I de fin). En este momento, el rendimiento de salida de descarga continua de la batería recargable es mejor cuanto mayor es el valor de corriente de fin de descarga (I de fin).
[0083] Por tanto, puede confirmarse que la resistencia de polarización (Rpola.) es un factor que indica el rendimiento de la batería recargable independientemente de la temperatura.
[0084] La figura 8 y la figura 9 son gráficos que comparan el rendimiento de carga de una batería recargable basándose en la resistencia de polarización (Rpola.) cuando la porosidad del electrodo negativo es diferente. Específicamente, la figura 8 y la figura 9 son diagramas a modo de ejemplo que muestran la correlación entre la resistencia de polarización (Rpola.) y el SOC de terminación de carga.
[0085] Según una realización a modo de ejemplo, la resistencia de polarización cuantificada se refiere al SOC de fin de carga, que es uno de los factores de rendimiento de carga de la batería recargable. Por ejemplo, si se aumenta la porosidad del electrodo negativo, se mejora la velocidad de movimiento de los iones y se reduce la resistencia de polarización, y como resultado, también se mejora el SOC de fin de carga. Es decir, cuando la batería 10 recargable se carga de manera continua, la resistencia de polarización cuantificada puede usarse como un índice que predice el rendimiento del punto de SOC de fin de carga. Los resultados experimentales para esto son de la siguiente manera. Haciendo referencia a la figura 8 y la figura 9, el primer electrodo A tiene una porosidad del 26 %, y el segundo electrodo B tiene una porosidad del 30 %.
[0086] <Tabla 2>
[0089]
[0091] La tabla 2 presenta los valores de resistencia de polarización Rpola. del primer electrodo A y del segundo electrodo B calculados mediante el método descrito en la figura 5 para el gráfico de la figura 9.
[0092] Haciendo referencia a la figura 8 y la tabla 2, puede confirmarse que el valor de resistencia de polarización Rpola. del primer electrodo A es más pequeño que el valor de resistencia de polarización Rpola. del segundo electrodo B, y el valor de SOC de fin de carga del primer electrodo A es más pequeño que el valor del segundo electrodo B del valor de SOC de fin de carga.
[0093] La figura 10 y la figura 11 son gráficos que comparan el rendimiento de salida de la batería recargable basándose en la resistencia de polarización Rpola. cuando los aditivos de electrodo positivo son diferentes. Específicamente, la figura 10 y la figura 11 son diagramas a modo de ejemplo que ilustran la correlación entre la resistencia de polarización Rpola. y la corriente de fin de descarga, I de fin.
[0094] Según una realización a modo de ejemplo, la resistencia de polarización cuantificada se refiere a la corriente de fin de descarga, I de fin, que es uno de los factores de rendimiento de salida durante la descarga de la batería recargable. Por ejemplo, si se mejora la velocidad de movimiento de los iones añadiendo el aditivo de electrodo positivo, se reduce la resistencia de polarización, y como resultado, también se mejora la corriente de fin de descarga (I de fin). Es decir, cuando la batería 10 recargable se descarga de manera continua, la resistencia de polarización cuantificada puede usarse como un índice para predecir el rendimiento de salida en el momento del fin de la descarga. Los resultados experimentales para esto son de la siguiente manera.
[0095] La figura 10 muestra el valor de corriente de descarga que depende del paso del tiempo como el resultado del ensayo de descarga para el primer electrodo A al que no se le añade el aditivo de electrodo positivo y el segundo electrodo B al que se le añade el aditivo de electrodo positivo. La figura 11 es un dibujo que muestra el cambio de resistencia que depende del cambio de SOC del primer electrodo A y el segundo electrodo B basándose en la figura 10.
[0096] <Tabla 3>
[0099]
[0101] La tabla 3 presenta el valor de resistencia de polarización (Rpola.) del primer electrodo A y el segundo electrodo B calculado mediante método descrito en la figura 5 para el gráfico de la figura 11, y la corriente de fin de descarga (I de fin) del primer electrodo A y el segundo electrodo B obtenida mediante el ensayo de descarga.
[0102] Haciendo referencia a la tabla 3, cuando el aditivo de electrodo positivo se añade para mejorar la conductividad de los iones, disminuye la resistencia de polarización (Rpola.) (A>B). Además, el segundo electrodo B que tiene la resistencia de polarización (Rpola.) pequeña tiene mayor rendimiento de salida, es decir, la corriente de fin de descarga (I de fin), que el primer electrodo A (A<B).
[0103] La figura 12 y la figura 13 son gráficos que comparan el rendimiento de salida de la batería recargable basándose en la resistencia de polarización Rpola. cuando la porosidad del electrodo positivo es diferente. Específicamente, la figura 12 y la figura 13 son otros diagramas a modo de ejemplo que muestran la correlación entre la resistencia de polarización Rpola. y la corriente de fin de descarga I de fin.
[0104] Según una realización a modo de ejemplo, la resistencia de polarización cuantificada se refiere a la corriente de fin de descarga I de fin, que es uno de los factores de rendimiento de salida durante la descarga de la batería recargable. Por ejemplo, cuando se aumenta la porosidad del electrodo positivo, se mejora la velocidad de movimiento de los iones, y se reduce la resistencia de polarización, y como resultado, también se mejora la corriente de fin de descarga, I de fin. Es decir, cuando se descarga de manera continua la batería 10 recargable, la resistencia de polarización cuantificada puede usarse como un índice para predecir el rendimiento de salida en el momento del fin de la descarga. Los resultados experimentales para esto son de la siguiente manera.
[0105] La figura 12 muestra un valor de corriente de descarga según el paso del tiempo, que es un resultado del ensayo de descarga para una pluralidad de electrodos A, B, y C que tienen una porosidad diferente del electrodo positivo. La figura 13 es un dibujo que muestra el cambio de resistencia según el cambio de SOC de una pluralidad de electrodos A, B, y C basándose en la figura 12. El primer electrodo A tiene una porosidad del 21 %, el segundo electrodo B tiene una porosidad del 23 %, y el tercer electrodo C tiene una porosidad del 30 %.
[0106] <Tabla 4>
[0109]
[0111] La tabla 4 presenta la resistencia de polarización Rpola. y la corriente de fin de descarga, I de fin para una pluralidad de electrodos A, B, y C calculada mediante el método descrito en la figura 5 para el gráfico de la figura 13. Haciendo referencia a la tabla 4, cuando se reduce el valor de resistencia de polarización (Rpola.) (A>B>C) debido a la porosidad aumentada y la conductividad iónica mejorada, se aumenta la corriente de fin de descarga (I de fin) (A<B<C).

Claims (5)

1. REIVINDICACIONES
1. Dispositivo (100) para determinar un rendimiento de salida de una batería recargable, comprendiendo el dispositivo:
un sensor (40) de corriente para medir una salida de corriente de descarga de la batería (10) recargable durante un periodo de descarga en el que la batería recargable se descarga desde una tensión de referencia predeterminada con una tensión constante; y
un circuito (60) de control para calcular una relación de cambio de resistencia que depende de un cambio de estado de carga, SOC, durante el periodo de descarga basándose en la tensión de referencia predeterminada y un cambio de la corriente de descarga que depende del paso del tiempo,
en el que el circuito (60) de control calcula un valor de resistencia de cada una de una primera resistencia (Róhmica), una segunda resistencia (Rdif.), y una tercera resistencia (Rpola.) como resistencia de polarización, basándose en la relación de cambio de resistencia según el cambio de SOC del periodo de descarga,
en el que el circuito (60) de control, en la relación de cambio de resistencia que depende del cambio de SOC durante el periodo de descarga,
usa un valor de resistencia de un momento del periodo de descarga como valor de resistencia para la primera resistencia (Róhmica),
calcula un valor de resistencia en un punto final del periodo de descarga como valor de límite superior de la segunda resistencia en una línea de extensión que conecta un primer punto correspondiente al valor de resistencia del periodo de descarga y un segundo punto en el que una razón de cambio de resistencia para el cambio de SOC supera un primer valor de referencia en la relación de cambio de resistencia para el cambio de SOC, y
calcula el valor de resistencia de la segunda resistencia (Rdif.) basándose en una diferencia del valor de límite superior de la segunda resistencia y el valor de resistencia de la primera resistencia,
en el que el circuito (60) de control calcula el valor de resistencia de la tercera resistencia (Rpola.) basándose en una diferencia del valor de resistencia del punto final del periodo de descarga y el valor de límite superior de la segunda resistencia, y
en el que el circuito (60) de control comprara el valor de resistencia de la tercera resistencia con un segundo valor de referencia para determinar el rendimiento de salida de la batería recargable.
2. Dispositivo según la reivindicación 1, que comprende además un sensor (30) de tensión para medir una tensión de la batería (10) recargable que va a transmitirse al circuito de control.
3. Sistema (100) que comprende:
el dispositivo según la reivindicación 1 ó 2; y
un descargador (20) para descargar la batería (10) recargable desde la tensión de referencia predeterminada con la tensión constante.
4. Sistema (100) según la reivindicación 3, en el que, antes de descargar la batería (10) recargable desde la tensión de referencia predeterminada con la tensión constante, el descargador (20) descarga la batería recargable con una corriente constante predeterminada bajo el control del circuito de control para reducir una tensión de la batería recargable para corresponder a la tensión de referencia predeterminada.
5. Método para determinar un rendimiento de salida de una batería recargable, llevándose a cabo el método mediante un dispositivo según la reivindicación 1, comprendiendo el método:
controlar la batería recargable que va a descargarse de una tensión de referencia predeterminada con una tensión constante;
recibir un valor de medición de una salida de corriente de descarga de la batería recargable durante un periodo de descarga en el que se descarga la batería recargable;
calcular una relación de cambio de resistencia que depende de un cambio de estado de carga, SOC, durante el periodo de descarga basándose en la tensión de referencia predeterminada y un cambio de la
corriente de descarga según paso del tiempo;
calcular cada valor de resistencia de una primera resistencia, una segunda resistencia, y una tercera resistencia como resistencia de polarización, basándose en la relación de cambio de resistencia que depende del cambio de SOC durante el periodo de descarga; y
comparar el valor de resistencia de la tercera resistencia con un segundo valor de referencia para determinar el rendimiento de salida de la batería recargable,
en el que el cálculo del valor de resistencia incluye:
calcular un valor de resistencia de un momento del periodo de descarga como el valor de resistencia para la primera resistencia (Róhmica);
calcular el valor de resistencia en el punto final del periodo de descarga como valor de límite superior de la segunda resistencia (Rdif.) y calcular el valor de resistencia de la segunda resistencia basándose en una diferencia del valor de límite superior de la segunda resistencia y el valor de resistencia de la primera resistencia en una línea de extensión que conecta un primer punto correspondiente al valor de resistencia de un momento del periodo de descarga y un segundo punto en el que una razón de cambio de resistencia para el cambio de SOC supera un primer valor de referencia basándose en la relación de cambio de resistencia para el cambio de SOC; y
calcular el valor de resistencia de la tercera resistencia (Rpola.) basándose en un valor de resistencia del punto final del periodo de descarga y el valor de límite superior de la segunda resistencia.
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