ES3060244T3 - Busbar diagnosis device, battery pack, energy storage system, and busbar diagnosis method - Google Patents

Busbar diagnosis device, battery pack, energy storage system, and busbar diagnosis method

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ES3060244T3 ES22742885T ES22742885T ES3060244T3 ES 3060244 T3 ES3060244 T3 ES 3060244T3 ES 22742885 T ES22742885 T ES 22742885T ES 22742885 T ES22742885 T ES 22742885T ES 3060244 T3 ES3060244 T3 ES 3060244T3
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Nak-Choon Lee
Mu-Yeon Lee
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Abstract

Un dispositivo de diagnóstico de barras colectoras, según un aspecto de la presente invención, comprende: varios pines de detección de voltaje; un circuito de monitoreo de batería; un canal de detección de voltaje; una unidad de derivación; y un circuito de control para diagnosticar la barra colectora. Según una realización de la presente invención, el voltaje de cada una de las celdas de una primera batería y de cada una de las celdas de una segunda batería se puede detectar utilizando la diferencia de potencial eléctrico entre cada par de pines de detección de voltaje adyacentes, y la barra colectora se puede diagnosticar en función del historial de voltaje de cada una de las celdas. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN
[0002] Dispositivo de diagnóstico de barra colectora, paquete de baterías, sistema de almacenamiento de energía y método de diagnóstico de barra colectora
[0003] Campo técnico
[0004] La presente divulgación se refiere a un diagnóstico de fallo de una barra colectora usada para conectar dos módulos de batería en serie.
[0005] Antecedentes
[0006] Recientemente, ha habido un rápido aumento en la demanda de productos electrónicos portátiles tales como ordenadores portátiles, cámaras de vídeo y teléfonos móviles, y con el desarrollo extensivo de vehículos eléctricos, acumuladores para almacenamiento de energía, robots y satélites, se están realizando muchos estudios sobre las baterías de alto rendimiento que se pueden recargar de manera repetida.
[0007] Actualmente, las baterías disponibles comercialmente incluyen baterías de níquel-cadmio, baterías de níquelhidrógeno, baterías de níquel-zinc, baterías de litio y similares y, entre ellas, las baterías de litio tienen poco efecto de memoria o ninguno y, por tanto, están atrayendo más atención que las baterías a base de níquel por sus ventajas ya que la recarga puede hacerse en cualquier momento que sea conveniente, la tasa de autodescarga es muy baja y la densidad de energía es alta.
[0008] Recientemente, para proporcionar alta tensión, hay una creciente demanda de un paquete de baterías que incluye dos o más módulos de batería conectados en serie mediante una barra colectora, incluyendo cada módulo de batería una pluralidad de celdas de batería conectadas en serie.
[0009] Sin embargo, puede producirse un fallo en la barra colectora debido a impactos externos o el envejecimiento de la propia barra colectora. Cuando la barra colectora es defectuosa, la seguridad del paquete de baterías pasa a ser baja, por lo que existe la necesidad de un alcance para el diagnóstico de fallo preciso de la barra colectora. El documento KR 10-2012-0080315 A divulga detección de fallos de una barra colectora en base a una tensión a través de una propia barra colectora o una tensión a través de un conjunto de celdas de batería y barras colectoras conectadas en serie. Sin embargo, la medición de tensión de la barra colectora independiente de medición de tensión de la celda de batería es ineficiente.
[0010] El documento KR 20190065708 A divulga un aparato de diagnóstico de conexión de módulo de batería. Cuando se arranca un vehículo eléctrico, se mide una tensión (V2) de un conector que incluye una barra colectora y un cable y se calcula un valor de resistencia (R2) del conector en base a la tensión (V2) medida del conector. La condición de conexión del conector está diagnosticada mediante comparación entre un valor de resistencia (R) de referencia y el valor de resistencia (R2) del conector y, a continuación, se informa a un usuario de si la condición de conexión es normal. Por lo tanto, el aparato de diagnóstico es capaz de evitar una situación peligrosa que puede producirse durante la conducción del vehículo.
[0011] El documento KR 20160068522 A divulga: un realización de la divulgación se refiere a un aparato y un método para diagnosticar una rotura de una barra colectora de batería. El aparato comprende: una barra colectora que conecta en serie un primer módulo de batería a un segundo módulo de batería; una unidad de medición que mide tensiones de barra colectora de ambos extremos de la barra colectora y una corriente de una celda de batería de una conectada a la barra colectora desde el primer módulo de batería y el segundo módulo; y una unidad de diagnóstico que diagnostica una rotura de la barra colectora usando la tensión de barra colectora medida y la corriente de la celda de batería conectada a la barra colectora. El aparato para diagnosticar una rotura de una barra colectora de batería es capaz de evitar que se dañe un sistema de gestión de baterías. Alternativas adicionales de métodos y aparatos para diagnosticar una barra colectora de un paquete de baterías pueden encontrarse en las solicitudes de patente US 2015/044531 A1, KR 20140055065 A y US 2016/306014 A1.Resumen
[0012] Problema técnico
[0013] La presente divulgación está diseñada para resolver el problema descrito anteriormente y, por lo tanto, la presente divulgación está dirigida a proporcionar un aparato de diagnóstico de barra colectora, un paquete de baterías, un sistema de almacenamiento de energía y un método de diagnóstico de barra colectora para el diagnóstico de fallo de una barra colectora en base al historial de tensión de dos celdas de batería, cada una conectada a cada uno de dos extremos de la barra colectora sin un procedimiento de medición de la tensión de la barra colectora.
[0014] Estos y otros objetos y ventajas de la presente divulgación pueden entenderse por la siguiente descripción y serán evidentes a partir de una realización de la presente divulgación. Además, se entenderá fácilmente que los objetos y las ventajas de la presente divulgación se realizan por los medios establecidos en las reivindicaciones adjuntas. La descripción y dibujos también presentan implementaciones, realizaciones no reivindicadas, realizaciones de ejemplo, ejemplos, etc. para una mejor comprensión de las realizaciones definidas en las reivindicaciones adjuntas. En este aspecto, la invención se define por las reivindicaciones adjuntas.
[0015] Solución técnica
[0016] Se proporciona un aparato de diagnóstico de barra colectora según un aspecto de la presente divulgación para un paquete de baterías que incluye una barra colectora conectada entre un terminal positivo de un primer módulo de batería que incluye una pluralidad de celdas de batería conectada en serie y un terminal negativo de un segundo módulo de batería que incluye una pluralidad de celdas de batería conectada en serie. El aparato de diagnóstico de barra colectora incluye un circuito de monitorización de batería que incluye una pluralidad de pines de detección de tensión, y configurado para detectar una tensión de cada una de la pluralidad de celdas de batería del primer módulo de batería y usando la pluralidad de celdas de batería del segundo módulo de batería una diferencia de potencial de cada dos pines de detección de tensión adyacentes; un canal de detección de tensión que incluye una pluralidad de líneas de detección de tensión que conectan un electrodo positivo y un electrodo negativo de cada una de la pluralidad de celdas de batería del primer módulo de batería y la pluralidad de celdas de batería del segundo módulo de batería a la pluralidad de pines de detección de tensión; un dispositivo de derivación conectada a la barra colectora mediante un primer pin de detección de tensión y un segundo pin de detección de tensión entre la pluralidad de pines de detección de tensión, en donde el primer pin de detección de tensión está conectado al electrodo positivo de la celda de batería dispuesto más aguas arriba del primer módulo de batería mediante una de la pluralidad de líneas de detección de tensión y el segundo pin de detección de tensión está conectado al electrodo negativo de la celda de batería dispuesto más aguas abajo del segundo módulo de batería mediante la otra línea de detección de tensión entre la pluralidad de líneas de detección de tensión; y un circuito de control configurado para diagnosticar la barra colectora en base a un historial de tensión de cada una de la pluralidad de celdas de batería del primer módulo de batería y la pluralidad de celdas de batería del segundo módulo de batería, detectado por el circuito de monitorización de batería.
[0017] El dispositivo de derivación puede incluir un diodo. Un ánodo y un cátodo del diodo pueden estar conectados al primer pin de detección de tensión y el segundo pin de detección de tensión, respectivamente.
[0018] Cada línea de detección de tensión puede incluir un resistor de protección que tiene un valor de resistencia predeterminado.
[0019] El circuito de monitorización de batería puede incluir además un par de pines de detección de corriente conectados a una trayectoria de corriente del paquete de baterías. El circuito de monitorización de batería puede estar configurado para detectar una corriente eléctrica que fluye a través de la trayectoria de corriente usando una diferencia de potencial entre el par de pines de detección de corriente.
[0020] Cuando se determina que el paquete de baterías está mantenido en un modo de descarga para un tiempo establecido o más, el circuito de control puede estar configurado para determinar una tensión promedio de la pluralidad de celdas de batería del primer módulo de batería y la pluralidad de celdas de batería del segundo módulo de batería en cada tiempo de diagnóstico predeterminado, aumentar un recuento de diagnóstico por un valor predeterminado cuando tanto una diferencia entre la tensión de la celda de batería dispuesta más aguas arriba del primer módulo de batería y la tensión promedio y una diferencia entre la tensión de la celda de batería dispuesta más aguas abajo del segundo módulo de batería y la tensión promedio son mayores que una diferencia de tensión de referencia, y establecer un indicador de diagnóstico que indica que la barra colectora está en una condición de fallo cuando el recuento de diagnóstico aumentado es igual o mayor que un recuento de referencia. El circuito de control puede estar configurado para establecer el recuento de diagnóstico para que sea igual a un valor inicial inferior al recuento de referencia cuando al menos una de la diferencia entre la tensión de la celda de batería dispuesta más aguas arriba del primer módulo de batería y la tensión promedio o la diferencia entre la tensión de la celda de batería dispuesta más aguas abajo del segundo módulo de batería y la tensión promedio es igual a o menor que la diferencia de tensión de referencia.
[0021] Cuando se determina que el paquete de baterías está cambiado de un modo de reposo o un modo de carga a un modo de descarga, el circuito de control puede estar configurado para determinar una caída de tensión de la celda de batería dispuesta más aguas arriba del primer módulo de batería, una caída de tensión de la celda de batería dispuesta más aguas abajo del segundo módulo de batería y una caída de tensión promedio de la pluralidad de celdas de batería del primer módulo de batería y la pluralidad de celdas de batería del segundo módulo de batería, sobre el tiempo de diagnóstico, y establecer un indicador de diagnóstico que indica que la barra colectora está en una condición de fallo cuando tanto una diferencia entre la caída de tensión de la celda de batería dispuesta más aguas arriba del primer módulo de batería y la caída de tensión promedio y una diferencia entre la caída de tensión de la celda de batería dispuesta más aguas abajo del segundo módulo de batería y la caída de tensión promedio son mayores que una caída de tensión de referencia.
[0022] El circuito de control puede estar configurado para determinar la caída de tensión de referencia multiplicando un cambio en la corriente eléctrica sobre el tiempo de diagnóstico por un coeficiente de conversión predeterminado cuando se determina que el paquete de baterías está cambiado de a un modo de reposo o un modo de carga a un modo de descarga.
[0023] Un paquete de baterías según otro aspecto de la presente divulgación incluye el aparato de diagnóstico de barra colectora.
[0024] Un sistema de almacenamiento de energía según todavía otro aspecto de la presente divulgación incluye el paquete de baterías.
[0025] Se proporciona un método de diagnóstico de barra colectora según aún otro aspecto de la presente divulgación para poder ejecutarse por el aparato de diagnóstico de barra colectora. El método de diagnóstico de barra colectora incluye detectar, por el circuito de monitorización de batería, una tensión de cada una de la pluralidad de celdas de batería del primer módulo de batería y la pluralidad de celdas de batería del segundo módulo de batería usando una diferencia de potencial entre cada dos pines de detección de tensión adyacentes entre la pluralidad de pines de detección de tensión; y diagnosticar, por el circuito de control, la barra colectora en base a un historial de tensión de cada una de la pluralidad de celdas de batería del primer módulo de batería y la pluralidad de celdas de batería del segundo módulo de batería, detectada por el circuito de monitorización de batería.
[0026] Efectos ventajosos
[0027] Según al menos una de las realizaciones de la presente divulgación, es posible lograr un diagnóstico de fallo de una barra colectora en base al historial de tensión de dos celdas de batería, cada una conectada a cada uno de dos extremos de la barra colectora sin un procedimiento de medición de la tensión de la barra colectora.
[0028] Según al menos una de las realizaciones de la presente divulgación, es posible lograr un diagnóstico de fallo más preciso de una barra colectora ajustando la referencia (por ejemplo, la caída de tensión de referencia como se describirá a continuación) usada para determinar si la barra colectora está defectuosa en base a la corriente eléctrica del paquete de baterías que cambia a lo largo del tiempo.
[0029] Los efectos de la presente divulgación no están limitados a los efectos mencionados anteriormente y estos y otros efectos se entenderán claramente por los expertos en la técnica a partir de las reivindicaciones adjuntas.
[0030] Descripción de los dibujos
[0031] Los dibujos adjuntos ilustran una realización preferida de la presente divulgación y, junto con la descripción detallada de la presente divulgación como se describirá a continuación, sirven para proporcionar una comprensión adicional de los aspectos técnicos de la presente divulgación y, por tanto, no se debe interpretar que la presente divulgación está limitada a los dibujos.
[0032] La figura 1 es un diagrama ilustrativo que muestra la arquitectura de un sistema de almacenamiento de energía según la presente divulgación.
[0033] La figura 2 es un diagrama para referencia en la descripción de una relación entre una condición de fallo de una barra colectora mostrada en la figura 1 y un error de detección de tensión de una celda de batería.
[0034] La figura 3 es un diagrama de flujo ilustrativo de un método de diagnóstico de barra colectora según la presente divulgación.
[0035] La figura 4 es un diagrama de flujo esquemático que muestra un proceso de detección de fallos según una primera realización para realizar la etapa S320 de la figura 3.
[0036] La figura 5 es un diagrama de flujo esquemático que muestra un proceso de detección de fallos según una segunda realización para realizar la etapa S320 de la figura 3.
[0037] Descripción detallada
[0038] A continuación en el presente documento, se describirá en detalle una realización preferida de la presente divulgación con referencia a los dibujos adjuntos. Antes de la descripción, debería entenderse que los términos o palabras usados en la memoria descriptiva y las reivindicaciones adjuntas no deben interpretarse como que están limitados a significados generales y de diccionario, sino que deben interpretarse en base a los significados y conceptos correspondientes a los aspectos técnicos de la presente divulgación en base al principio de que el inventor puede definir los términos de manera apropiada para realizar la explicación de la mejor manera.
[0039] Por lo tanto, las realizaciones descritas en el presente documento y las ilustraciones mostradas en los dibujos son solo una realización más preferida de la presente divulgación, pero no está previsto que se describan completamente los aspectos técnicos de la presente divulgación.
[0040] Los términos que incluyen el número ordinal, tal como "primero", "segundo" y similares, se usan para distinguir un elemento de otro entre diversos elementos, pero no está previsto que limiten los elementos.
[0041] A menos que el contexto indique claramente lo contrario, se entenderá que el término "comprende", cuando se usa en esta memoria descriptiva, especifica la presencia de elementos enunciados, pero no concluye la presencia o adición de uno o más elementos distintos. Adicionalmente, el término "circuito de control", como se usa en el presente documento, se refiere a una unidad de procesamiento de al menos una función u operación y puede implementarse por hardware o software ya sea sola o en combinación.
[0042] Además, mediante la memoria descriptiva, se entenderá que cuando se hace referencia a que un elemento está "conectado a" otro elemento, puede conectarse directamente al otro elemento o pueden estar presentes elementos intermedios.
[0043] La figura 1 es un diagrama ilustrativo que muestra la arquitectura de un sistema de almacenamiento de energía según la presente divulgación.
[0044] Haciendo referencia a la figura 1, el sistema de almacenamiento de energía 1 incluye un paquete de baterías 10, un relé 20 y un sistema de conversión de potencia 30.
[0045] El paquete de baterías 10 incluye un primer módulo de batería 11, un segundo módulo de batería 12, una barra colectora 13 y un aparato de diagnóstico de barra colectora 100.
[0046] Un circuito en serie del primer módulo de batería 11, la barra colectora 13 y el segundo módulo de batería 12 se puede conectar eléctricamente al sistema de conversión de potencia 30 a través del relé 20.
[0047] El primer módulo de batería 11 incluye una pluralidad de celdas de batería C<1>~C<m>conectadas en serie, donde m es un número natural de 2 o superior. El segundo módulo de batería 12 incluye una pluralidad de celdas de batería C<m+1>~C<m+n>conectadas en serie, donde n es un número natural de 2 o superior.
[0048] La pluralidad de celdas de batería C<1>~C<m>y la pluralidad de celdas de batería C<m+1>~C<m+n>puede fabricarse con la misma especificación electroquímica. A continuación en el presente documento, al describir la materia objeto que es común a todas las celdas de batería C<1>~C<m+n>incluidas en el paquete de baterías 10, el símbolo de referencia "C" se usa para hacer referencia a la celda de batería.
[0049] La celda de batería C no está limitada a un tipo particular y puede incluir cualquier tipo de celda de batería que pueda recargarse repetidamente, por ejemplo, una celda de iones de litio.
[0050] En el primer módulo de batería 11, cada una de la pluralidad de celdas de batería C<1>~C<m>tiene un cable de electrodo positivo y un cable de electrodo negativo, y el cable de electrodo positivo de una (por ejemplo, C<1>) de dos celdas de batería adyacentes (por ejemplo, C<1>, C<2>) y el cable de electrodo negativo de la otra (por ejemplo, C<2>) pueden unirse entre sí a través de soldadura. Por consiguiente, una estructura de conexión en serie desde el cable de electrodo negativo de la celda de batería C<1>al cable de electrodo positivo de la celda de batería C<m>está colocada en el primer módulo de batería 11.
[0051] En el segundo módulo de batería 12, cada una de la pluralidad de celdas de batería C<m+1>~C<m+n>tiene un cable de electrodo positivo y un cable de electrodo negativo, y el cable de electrodo positivo de una (por ejemplo, C<m+1>) de dos celdas de batería adyacentes (por ejemplo, C<m+1>, C<m+2>) y el cable de electrodo negativo de la otra (por ejemplo, C<m+2>) están unidos entre sí a través de soldadura. Por consiguiente, una estructura de conexión en serie desde el cable de electrodo negativo de la celda de batería C<m+1>al cable de electrodo positivo de la celda de batería C<m+n>está colocada en el segundo módulo de batería 12.
[0052] A continuación en el presente documento, cabe señalar que el cable de electrodo positivo y el cable de electrodo negativo de la celda de batería C también pueden denominarse un "electrodo positivo" y un "electrodo negativo", respectivamente.
[0053] Un terminal positivo del primer módulo de batería 11 está conectado a un terminal negativo del segundo módulo de batería 12 a través de la barra colectora 13. Por ejemplo, un extremo de la barra colectora 13 está fijado y acoplado al terminal positivo del primer módulo de batería 11 a través de un perno y el otro extremo de la barra colectora 13 está fijado y acoplado al terminal negativo del segundo módulo de batería 12 a través de un perno.
[0054] En cada módulo de batería 11, 12, una ubicación eléctrica de potencial inferior puede denominarse "aguas abajo" y la ubicación opuesta puede denominarse "aguas arriba". Por ejemplo, la celda de batería C<m>está dispuesta más aguas arriba del primer módulo de batería 11 y la celda de batería C<m+1>está dispuesta más aguas abajo del segundo módulo de batería 12. El terminal positivo del primer módulo de batería 11 puede tener el mismo potencial que el electrodo positivo de la celda de batería C<m>y el terminal negativo del segundo módulo de batería 12 puede tener el mismo potencial que el electrodo negativo de la celda de batería C<m+1>. Cuando x es un número natural de 2 o superior y m+n o inferior, puede decirse que la celda de batería C<x>está dispuesta en la aguas arriba de la celda de batería C<x-1>y la celda de batería C<x-1>está dispuesta en la aguas abajo de la celda de batería C<x>.
[0055] El relé 20 está instalado en una línea de potencia proporcionada como una trayectoria de corriente para la carga/descarga del paquete de baterías 10. Mientras que el relé 20 está encendido, puede transferirse potencia desde uno cualquiera del paquete de baterías 10 y el sistema de conversión de potencia 30 al otro. El relé 20 puede incluir al menos uno de los dispositivos de conmutación conocidos, por ejemplo, un contactor mecánico y un transistor de efecto de campo (FET). Un circuito de control 140 puede realizar control de encendido/apagado del relé 20 según el resultado de diagnóstico de la barra colectora 13 como se describirá a continuación.
[0056] El sistema de conversión de potencia 30 está acoplado operativamente al aparato de diagnóstico de barra colectora 100 a través de un controlador de alto nivel 2. El sistema de conversión de potencia 30 puede producir potencia de CC para la carga del paquete de baterías 10 desde una potencia de CA suministrada por una red eléctrica 40. El sistema de conversión de potencia 30 puede producir potencia de CA a partir de potencia de CC desde el paquete de baterías 10.
[0057] El aparato de diagnóstico de barra colectora 100 está proporcionado para monitorizar un fallo de la barra colectora 13. El fallo de la barra colectora 13 se refiere a un aumento de la resistencia total a través de la barra colectora 13 sobre un valor permitido a partir de un valor inicial predeterminado debido a al menos uno de (i) un defecto (por ejemplo, grieta) de la propia barra colectora 13, (ii) acoplamiento fallido al terminal positivo del primer módulo de batería 11 y (iii) acoplamiento fallido al terminal negativo del segundo módulo de batería 12.
[0058] El aparato de diagnóstico de barra colectora 100 incluye un canal de detección de tensión 110, un circuito de monitorización de batería 120, un dispositivo de derivación 130 y el circuito de control 140. El aparato de diagnóstico de barra colectora 100 puede incluir además al menos uno de un resistor de derivación 150 o un circuito de comunicación 160.
[0059] El circuito de monitorización de batería 120 incluye una pluralidad de pines de detección de tensión P<0>~P<m+n+1>. La pluralidad de pines de detección de tensión P<0>~P<m+n+1>está proporcionada de manera que se pueda conectar eléctricamente al cable de electrodo positivo y el cable de electrodo negativo de cada una de la pluralidad de celdas de batería C<1>~C<m+n>a través del canal de detección de tensión 110. El circuito de monitorización de batería 120 puede implementarse en hardware usando circuitos integrados de aplicación específica (ASIC). Para el circuito de monitorización de batería 120, por ejemplo, puede usarse BQ76940.
[0060] El canal de detección de tensión 110 puede incluir una pluralidad de líneas de detección de tensión L<0>~L<m+n+1>. Cada una de la pluralidad de líneas de detección de tensión L<0>~L<m+n+1>puede incluir un resistor de protección R que tiene una resistencia predeterminada. El resistor de protección R está proporcionado para evitar una sobrecorriente a través de la línea de detección de tensión en la que está incluido el resistor de protección R. Un extremo y el otro extremo de la línea de detección de tensión L<0>están conectados al electrodo negativo de la celda de batería C<1>y el pin de detección de tensión P<0>del circuito de monitorización de batería 120, respectivamente.
[0061] Cuando i es un número natural de m o inferior, un extremo y el otro extremo de la línea de detección de tensión L<i>están conectados al electrodo positivo de la celda de batería C<i>y el pin de detección de tensión P<i>del circuito de monitorización de batería 120, respectivamente.
[0062] Un extremo y el otro extremo de la línea de detección de tensión L<m+1>están conectados al electrodo negativo de la celda de batería C<m+1>y el pin de detección de tensión P<m+1>del circuito de monitorización de batería 120, respectivamente.
[0063] Cuando j es un número natural de m+2 o superior y m+n+1 o inferior, un extremo y el otro extremo de la línea de detección de tensión L<j>están conectados al electrodo positivo de la celda de batería C<j>y el pin de detección de tensión P<j>del circuito de monitorización de batería 120, respectivamente.
[0064] El circuito de monitorización de batería 120 detecta una tensión a través de cada una de la pluralidad de celdas de batería C<1>~C<m+n>usando una diferencia de potencial de cada dos pines de detección de tensión adyacentes entre la pluralidad de pines de detección de tensión P<0>~P<m+n+1>.
[0065] Es decir, cuando i es un número natural de m o inferior y j es un número natural de m+2 o superior y m+n+1 o inferior, la diferencia de potencial entre dos pines de detección de tensión P<i-1>, P<i>se detecta como la tensión de la celda de batería C<i>, y la diferencia de potencial entre dos pines de detección de tensión P<j-1>, P<j>se detecta como la tensión de la celda de batería C<j-1>. En un ejemplo, el circuito de monitorización de batería 120 puede detectar la diferencia de potencial entre dos pines de detección de tensión adyacentes P<m-1>, P<m>como la tensión de la celda de batería C<m>. En otro ejemplo, el circuito de monitorización de batería 120 puede detectar la diferencia de potencial entre dos pines de detección de tensión adyacentes P<m+1>, P<m+2>como la tensión de la celda de batería C<m-1>. El circuito de control 140 puede recoger una señal de tensión del circuito de monitorización de batería 120 en un intervalo de tiempo establecido (por ejemplo, 0,001 s) y determinar un valor que indica que la tensión de cada una de la pluralidad de celdas de batería C<1>~C<m+n>a través de una conversión analógica-digital.
[0066] El dispositivo de derivación 130 esta conectado a la barra colectora 13 en paralelo a través del par de líneas de detección de tensión L<m>, L<m+1>. Específicamente, un extremo y el otro extremo del dispositivo de derivación 130 están conectados al par de pines de detección de tensión P<m>, P<m+1>, respectivamente. Por consiguiente, se forma un bucle cerrado que incluye el dispositivo de derivación 130, el pin de detección de tensión P<m+1>, la línea de detección de tensión L<m+1>, la barra colectora 13, la línea de detección de tensión L<m>y el pin de detección de tensión P<m>. Mientras que se cumple una condición predeterminada (por ejemplo, un modo de descarga del paquete de baterías) para el dispositivo de derivación 130, los dos pines de detección de tensión P<m>, P<m+1>están eléctricamente conectados a través del dispositivo de derivación 130. A diferencia de ello, mientras que no se cumple la condición predeterminada para el dispositivo de derivación 130, la trayectoria de corriente entre los dos pines de detección de tensión P<m>, P<m+1>a través del dispositivo de derivación 130 está bloqueada.
[0067] A pesar de que la figura 1 muestra el dispositivo de derivación 130 colocado en el exterior del circuito de monitorización de batería 120, como alternativa, el dispositivo de derivación 130 puede estar integrado en el circuito de monitorización de batería 120 como un componente del circuito de monitorización de batería 120.
[0068] Cuando la barra colectora 13 está en la condición normal, la resistencia de la barra colectora 13 es mucho menor que la resistencia del resistor de protección R incluido en las dos líneas de detección de tensión L<m>, L<m+1>y, por tanto, todas las corrientes eléctricas, o la mayoría, que fluyen a través del paquete de baterías 10 pasan a través de la barra colectora 13 y solo una corriente eléctrica de 0 A o una cantidad insignificante en el dispositivo de derivación 130.
[0069] A diferencia de ello, cuando la barra colectora 13 está en una condición de fallo, (i) la resistencia de la propia barra colectora 13, (ii) la resistencia de contacto entre un extremo de la barra colectora 13 y el terminal positivo del primer módulo de batería 11 y/o (iii) la resistencia de contacto entre el otro extremo de la barra colectora 13 y el terminal negativo del segundo módulo de batería 12 aumentan a partir del nivel normal. Por consiguiente, como la condición de fallo de la barra colectora 13 empeora, hay un aumento gradual en la cantidad de corriente eléctrica que pasa a través del dispositivo de derivación 130 entre la cantidad total de corriente eléctrica que fluye a través del paquete de baterías 10.
[0070] El circuito de control 140 está acoplado operativamente al relé 20, el circuito de monitorización de batería 120, el resistor de derivación 150 y/o el circuito de comunicación 160.
[0071] El circuito de control 140 puede estar implementado en hardware usando al menos uno de procesadores de señales digitales (DSP), dispositivos de procesamiento de señales digitales (DSPD), dispositivos lógicos programables (PLD), matrices de puertas programables en el campo (FPGA), microprocesadores o unidades eléctricas para realizar las otras funciones.
[0072] El circuito de control 140 puede tener una memoria integrada en el mismo. La memoria puede prealmacenar programas y datos necesarios para realizar métodos de gestión de batería según realizaciones como se describirá a continuación. La memoria puede incluir, por ejemplo, al menos un tipo de medio de almacenamiento del tipo memoria flash, disco duro, disco de estado sólido (SSD), unidad de disco de silicio (SDD), tarjeta multimedia micro, memoria de acceso aleatorio (RAM), memoria de acceso aleatorio estática (SRAM), memoria de solo lectura (ROM), memoria de solo lectura programable y borrable eléctricamente (EEPROM) o memoria de solo lectura programable (PROM).
[0073] El resistor de derivación 150 está conectado eléctricamente en serie al circuito en serie del primer módulo de batería 11, la barra colectora 13 y el segundo módulo de batería 12 a través de la línea de potencia. El circuito de monitorización de batería 120 está conectado a un extremo y el otro extremo del resistor de derivación 150 a través de un par de pines de detección de corriente, respectivamente. El circuito de monitorización de batería 120 está configurado para detectar la corriente eléctrica que fluye a través del paquete de baterías 10 en base a una diferencia de potencial entre el par de pines de detección de corriente y emitir una señal de corriente que indique la corriente eléctrica detectada al circuito de control 140.
[0074] El circuito de comunicación 160 puede estar acoplado al controlador de alto nivel 2 del sistema de almacenamiento de energía 1 para permitir la comunicación entre ellos. El circuito de comunicación 160 puede transmitir un mensaje desde el controlador de alto nivel 2 al circuito de control 140 y un mensaje desde el circuito de control 140 al controlador de alto nivel 2. El mensaje desde el circuito de control 140 puede incluir información para notificar un fallo en la barra colectora 13 y/o tensión de la celda de batería C. Para la comunicación entre el circuito de comunicación 160 y el controlador de alto nivel 2, por ejemplo, puede usarse una red cableada, tal como una red de área local (LAN), una red de área de controlador (CAN) y una cadena tipo margarita y/o una red inalámbrica de campo cercano, tal como Bluetooth, Zigbee y WiFi. El circuito de comunicación 160 puede incluir un dispositivo de salida (por ejemplo, una pantalla, un altavoz) para proporcionar la información recibida desde el circuito de control 140 y/o el controlador de alto nivel 2 en un formato reconocible. El controlador de alto nivel 2 puede controlar el sistema de conversión de potencia 30 en base a la información recopilada a través de la comunicación con el aparato de diagnóstico de barra colectora 100.
[0075] La figura 2 es un diagrama para referencia en la descripción de una relación entre una condición de fallo de la barra colectora mostrada en la figura 1 y un error de detección de tensión de la celda de batería.
[0076] En la figura 2, se muestra un diodo usado para el dispositivo de derivación 130 a modo de ilustración. El ánodo y el cátodo del diodo pueden estar conectados al pin de detección de tensión P<m>y el pin de detección de tensión P<m+1>, respectivamente. En este caso, una tensión a través de la barra colectora 13 está aplicada al diodo como una tensión directa durante la descarga del paquete de baterías 10 y el diodo se enciende (conduce la corriente eléctrica). Es decir, el diodo permite que la corriente eléctrica fluya mientras que el paquete de baterías 10 está en el modo de descarga y, mientras el diodo conduce la corriente eléctrica, se forma la trayectoria de corriente paralela a la barra colectora 13. El modo de descarga se refiere a un modo en el que la potencia está suministrada desde el paquete de baterías 10 al sistema de conversión de potencia por el flujo de la corriente de descarga a través del primer módulo de batería 11 y el segundo módulo de batería 12.
[0077] Haciendo referencia a la figura 2, cuando la barra colectora 13 está en una condición de fallo por algunas razones, la resistencia total de la barra colectora 13 aumenta por encima del valor permitido desde el valor inicial, como se ha descrito anteriormente. La resistencia total de la barra colectora 13 es la suma de (i) la resistencia de la propia barra colectora 13, (ii) la resistencia de contacto en la porción de conexión Q<A>entre un extremo de la barra colectora 13 y el terminal positivo del primer módulo de batería 11 y (iii) la resistencia de contacto en la porción de conexión Q<B>entre el otro extremo de la barra colectora 13 y el terminal negativo del segundo módulo de batería 12.
[0078] En este caso, la corriente eléctrica I<P>del paquete de baterías 10 es igual a la suma de la corriente eléctrica I<A>que fluye a través de la barra colectora 13 y la corriente eléctrica I<B>que fluye a través del dispositivo de derivación 130. Cuando se enciende el dispositivo de derivación 130 (conduce la corriente eléctrica), dado que la resistencia total de la barra colectora 13 es mayor, una relación I<B>/I<A>de la corriente eléctrica I<B>que fluye a través del dispositivo de derivación 130 a la corriente eléctrica I<A>que fluye a través de la barra colectora 13 es mayor según una relación de resistencia entre la barra colectora 13 y la trayectoria de derivación. La trayectoria de derivación es una trayectoria de conexión en serie de la línea de detección de tensión L<m>, el dispositivo de derivación 130 y la línea de detección de tensión L<m+1>. Es decir, el flujo de la corriente eléctrica I<B>a través del dispositivo de derivación 130 se refiere al flujo de la corriente eléctrica I<B>a través del par de líneas de detección de tensión L<m>, L<m+1>.
[0079] Cuando la corriente eléctrica I<B>fluye a través de la línea de detección de tensión L<m>, una caída de tensión V<D>correspondiente a la multiplicación de la corriente eléctrica I<B>por la resistencia del resistor de protección R se produce entre el electrodo positivo de la celda de batería C<m>y el pin de detección de tensión P<m>. Adicionalmente, cuando la corriente eléctrica I<B>fluye a través de la línea de detección de tensión L<m+1>, una caída de tensión V<D>correspondiente a la multiplicación de la corriente eléctrica I<B>por la resistencia del resistor de protección R se produce entre el pin de detección de tensión P<m+1>y el electrodo negativo de la celda de batería C<m+1>.
[0080] Por consiguiente, la tensión de la celda de batería C<m>detectada por el circuito de monitorización de batería 120 se reduce en la misma medida que la caída de tensión V<D>en la línea de detección de tensión L<m>desde la tensión real de la celda de batería C<m>. Adicionalmente, la tensión de la celda de batería C<m+1>detectada por el circuito de monitorización de batería 120 también se reduce en la misma medida que la caída de tensión V<D>en la línea de detección de tensión L<m+1>desde la tensión real de la celda de batería C<m+1>. Es decir, se produce un error en el resultado de detección de la tensión de la celda de batería C<m>dispuesta más aguas arriba del primer módulo de batería 11 y la tensión de la celda de batería C<m+1>dispuesta más aguas abajo del segundo módulo de batería 12. La figura 3 es un diagrama de flujo ilustrativo de un método de diagnóstico de barra colectora según la presente divulgación, la figura 4 es un diagrama de flujo esquemático de un proceso de detección de fallos según una primera realización para realizar la etapa S320 de la figura 3 y la figura 5 es un diagrama de flujo esquemático de un proceso de detección de fallos según una segunda realización para realizar la etapa S320 de la figura 3. El método de las figuras 3 a 5 puede realizarse de manera repetida por el aparato de diagnóstico de barra colectora 100 de manera periódica en cada tiempo de diagnóstico predeterminado. El tiempo de diagnóstico puede ser igual al tiempo predeterminado descrito anteriormente o puede estar preestablecido al número entero múltiplo del tiempo predeterminado.
[0081] Haciendo referencia a las figuras 1 a 3, en la etapa S310, el circuito de monitorización de batería 120 detecta la tensión de cada una de la pluralidad de celdas de batería C<1>~C<m>del primer módulo de batería 11 y la pluralidad de celdas de batería C<m+1>~C<m+n>del segundo módulo de batería 12 usando la diferencia de potencial de cada dos pines de detección de tensión adyacentes (por ejemplo, P<0>, P<1>) entre la pluralidad de pines de detección de tensión P<0>~P<m+n+1>. El circuito de control 140 puede recopilar una señal analógica que indica la tensión de cada una de la pluralidad de celdas de batería C<1>~C<m+n>detectada por el circuito de monitorización de batería 120, convertir la señal analógica recopilada en una señal digital y registrarla en la memoria como el último valor en serie temporal que indica un historial de tensión. La serie temporal que indica el historial de tensión de la celda de batería C incluye un valor de la tensión detectada en el ciclo anterior y un valor de la tensión detectada en el ciclo presente. En la etapa S310, el circuito de monitorización de batería 120 puede detectar además la corriente eléctrica del paquete de baterías 10 usando el par de pines de detección de corriente. Es decir, el circuito de control 140 puede recopilar una señal analógica que indique la corriente eléctrica del paquete de baterías 10, convertir la señal analógica recopilada en una señal digital y registrarla en la memoria como el último valor en serie temporal que indica un historial de corriente.
[0083] En la etapa S320, el circuito de control 140 diagnostica la barra colectora 13 en base al historial de tensión de cada una de la pluralidad de celdas de batería C<1>~C<m>del primer módulo de batería 11 y la pluralidad de celdas de batería C<m+1>~C<m+n>del segundo módulo de batería 12, detectada por el circuito de monitorización de batería 120.
[0085] Haciendo referencia a la figura 4, la etapa S320 según la primera realización incluye las etapas S410~S470. En la etapa S410, el circuito de control 140 determina si el paquete de baterías 10 se mantiene en el modo de descarga durante un tiempo establecido (por ejemplo, 1 s) o más en base a la corriente eléctrica detectada por el circuito de monitorización de batería 120. Es decir, el circuito de control 140 registra una serie temporal que indica un historial de cambios de la corriente eléctrica del paquete de baterías 10 en la memoria y determina si el paquete de baterías 10 se está descargando de manera continua durante el tiempo establecido o más en base a la serie temporal registrada de la corriente eléctrica. Por ejemplo, en caso de que esté programado registrar la corriente de carga del paquete de baterías 10 como un valor positivo y la corriente de descarga como un valor negativo en la memoria, cuando la serie temporal de la corriente eléctrica registrada en el intervalo de tiempo a partir de un tiempo establecido más pronto que el tiempo presente al tiempo presente se registra como un valor negativo, el circuito de control 140 determina que un valor de la etapa S410 es "SÍ" y, de otro modo, determina que el valor de la etapa S410 es "NO". Cuando el valor de la etapa S410 es "SÍ", se realiza la etapa S420. Cuando el valor de la etapa S410 es "NO", se realiza la etapa S470.
[0087] En la etapa S420, el circuito de control 140 determina una tensión promedio de la pluralidad de celdas de batería C<1>~C<m>del primer módulo de batería 11 y la pluralidad de celdas de batería C<m+1>~C<m+n>del segundo módulo de batería 12. La tensión promedio en la etapa S420 puede determinarse por la siguiente ecuación 1 o 2.
[0089] <Ecuación 1>
[0091]
[0094] En las ecuaciones 1 y 2, t es el tiempo presente, V<y>[t] es la tensión de la celda de batería C<y>en el tiempo presente, detectado por el dispositivo de monitorización de batería, y V<AV>[t] es la tensión promedio en el tiempo presente. La ecuación 2 es distinta de la ecuación 1 dado que la tensión promedio se calcula con la exclusión de las tensiones V<m>[t], V<m+1>[t] de las dos celdas de batería C<m>, C<m+1>que dependen de la condición de la barra colectora 13.
[0096] En la etapa S430, el circuito de control 140 determina si tanto (i) una diferencia V<AV>[t]-V<m>[t] entre la tensión V<m>[t] de la celda de batería C<m>dispuesta más aguas arriba del primer módulo de batería 11 y la tensión promedio V<AV>[t] como (ii) una diferencia V<AV>[t]-V<m+1>[t] entre la tensión V<m+1>[t] de la celda de batería C<m+1>dispuesta más aguas abajo del segundo módulo de batería 12 y la tensión promedio V<AV>[t] son mayores que una diferencia de tensión de referencia. Cuando la barra colectora 13 y la pluralidad de celdas de batería C<1>~C<m+n>están todas en la condición normal, la diferencia de tensión de referencia (por ejemplo, 0,3 V) está preestablecida para ser mayor que V<AV>[t]-V<m>[t] y V<AV>[t]-V<m+1>[t], teniendo en cuenta la capacidad del circuito de monitorización de batería 120 para dividir la tensión. Que un valor de la etapa S430 sea "SÍ" indica que la probabilidad de que la barra colectora 13 esté en una condición de fallo es igual a o mayor que el valor de referencia. Cuando el valor de la etapa S430 es "SÍ", se realiza la etapa S440. Cuando el valor de la etapa S430 es "NO", se realiza la etapa S470.
[0097] En la etapa S440, el circuito de control 140 aumenta un recuento de diagnóstico mediante un valor predeterminado (por ejemplo, 1). El recuento de diagnóstico indica el número de veces que el valor de la etapa S430 está determinado de manera continua como "SÍ".
[0098] En la etapa S450, el circuito de control 140 determina si el recuento de diagnóstico es igual a o mayor que un recuento de referencia (por ejemplo, 3). Cuando un valor de la etapa S450 es "SÍ", se realiza la etapa S460. En la etapa S460, el circuito de control 140 establece un indicador de diagnóstico que indica que la barra colectora 13 está en una condición de fallo. El circuito de control 140 puede realizar una operación de protección predeterminada en respuesta a que se establezca el indicador de diagnóstico. En un ejemplo, el circuito de control 140 puede transmitir un mensaje de fallo que indica que la barra colectora 13 está en una condición de fallo al controlador de alto nivel 2. El controlador de alto nivel 2 puede detener el sistema de conversión de potencia 30 en respuesta al mensaje de fallo. En otro ejemplo, el circuito de control 140 puede apagar el relé 20. En otro ejemplo, el circuito de control 140 puede establecer cada uno de los valores de tensión detectados V<m>[t], V<m+1>[t] de las celdas de batería C<m>, C<m+1>para que sean iguales a la tensión promedio V<AV>[t] de la pluralidad de celdas de batería C<1>~C<m+n>.
[0099] En la etapa S470, el circuito de control 140 establece el recuento de diagnóstico al valor inicial (por ejemplo, 0) menor que el recuento de referencia.
[0100] Haciendo referencia a la figura 5, la etapa S320 según la segunda realización incluye las etapas S510~S550. En la etapa S510, el circuito de control 140 determines si el paquete de baterías 10 cambia de un modo de carga o un modo de reposo al modo de descarga en base a la corriente eléctrica detectada por el circuito de monitorización de batería 120. El modo de reposo se refiere a un modo en el que el relé 20 está apagado o el sistema de conversión de potencia 30 se detiene y, por tanto, tanto la corriente de carga como la corriente de descarga no fluyen a través del primer módulo de batería 11 y el segundo módulo de batería 12. El modo de carga se refiere a un modo en el que se suministra potencia desde el sistema de conversión de potencia al paquete de baterías 10 y la corriente de carga fluye a través del primer módulo de batería 11 y el segundo módulo de batería 12.
[0101] Por ejemplo, el circuito de control 140 registra una serie temporal que indica un historial de cambios de la corriente eléctrica del paquete de baterías 10 en la memoria y, cuando la corriente eléctrica en el tiempo de diagnóstico más temprano que el presente tiempo está registrada como 0 o un valor positivo en base a la serie temporal registrada de la corriente eléctrica, y la corriente eléctrica en el tiempo presente está registrada como un valor negativo, el circuito de control 140 puede determinar un valor de la etapa S510 como "SÍ". Si no, el valor de la etapa S510 puede determinarse como "NO". Cuando el valor de la etapa S510 es "SÍ", se realiza la etapa S520.
[0102] En la etapa S520, el circuito de control 140 determina una caída de tensión de la celda de batería C<m>dispuesta más aguas arriba del primer módulo de batería 11, una caída de tensión de la celda de batería C<m+1>dispuesta más aguas abajo del segundo módulo de batería 12 y una caída de tensión promedio de la pluralidad de celdas de batería C<1>~C<m>del primer módulo de batería 11 y la pluralidad de celdas de batería C<m+1>~C<m+n>del segundo módulo de batería 12 sobre el tiempo de diagnóstico. La caída de tensión promedio en la etapa S520 puede determinarse por la siguiente ecuación 3 o 4.
[0104]
[0106] En las ecuaciones 3 y 4, t es el tiempo presente, ΔV<y>[t] es la caída de tensión de la celda de batería C<y>y ΔV<AV>[t] es la caída de tensión promedio. ΔV<y>[t] es igual a V<y>[t-t<D>]-V<y>[t], y t<D>es el tiempo de diagnóstico. Es decir, V<y>[t-t<D>] puede ser la tensión de la celda de batería C<y>detectada durante la operación del paquete de baterías 10 en el modo de reposo o el modo de carga y V<y>[t] puede ser la tensión de la celda de batería C<y>detectada la primera vez después del cambio del paquete de baterías 10 desde el modo de reposo o el modo de carga al modo de descarga. La ecuación 4 es distinta de la ecuación 3 dado que la caída de tensión promedio se calcula con la exclusión de la caída de tensión ΔV<m>[t], ΔV<m+1>[t] de las dos celdas de batería C<m>, C<m+1>que depende de la condición de la barra colectora 13.
[0107] En la etapa S530, el circuito de control 140 determina una caída de tensión de referencia multiplicando un cambio de corriente eléctrica sobre el tiempo de diagnóstico por un coeficiente de conversión predeterminado. El cambio de corriente eléctrica puede ser igual a I<P>[t-t<D>]-I<P>[t]. I<P>[t-t<D>] puede ser la corriente eléctrica del paquete de baterías 10 detectada durante la operación del paquete de baterías 10 en el modo de reposo o el modo de carga y I<P>[t] puede ser la corriente eléctrica del paquete de baterías 10 detectada la primera vez después del cambio del paquete de baterías 10 del modo de reposo o el modo de carga al modo de descarga. El coeficiente de conversión puede ser un valor preestablecido, teniendo en cuenta el intervalo de resistencia interna cuando la celda de batería C está en una condición normal.
[0108] En la etapa S540, el circuito de control 140 determines si tanto (i) una diferencia ΔV<m>[t]-ΔV<AV>[t] entre la caída de tensión ΔV<m>[t] de la celda de batería C<m>dispuesta más aguas arriba del primer módulo de batería 11 y la caída de tensión promedio ΔV<AV>[t] como (ii) una diferencia ΔV<m+1>[t]-ΔV<AV>[t] entre la caída de tensión ΔV<m+1>[t] de la celda de batería C<m+1>dispuesta más aguas abajo del segundo módulo de batería 12 y la caída de tensión promedio ΔV<AV>[t] son mayores que la caída de tensión de referencia. Que el valor de la etapa S540 sea "SÍ" indica que la barra colectora 13 está en una condición de fallo. Cuando el valor de la etapa S540 es "SÍ", se realiza la etapa S550. En la etapa S550, el circuito de control 140 establece un indicador de diagnóstico que indica que la barra colectora 13 está en una condición de fallo. El circuito de control 140 puede realizar una operación de protección predeterminada en respuesta a que se establezca el indicador de diagnóstico. En un ejemplo, el circuito de control 140 puede transmitir un mensaje de fallo que indica que la barra colectora 13 está en una condición de fallo al controlador de alto nivel 2. El controlador de alto nivel 2 puede detener el sistema de conversión de potencia 30 en respuesta al mensaje de fallo. En otro ejemplo, el circuito de control 140 puede apagar el relé 20.
[0109] Las realizaciones de la presente divulgación descritas anteriormente en el presente documento no se implementan solo a través del aparato y método y pueden implementarse a través de programas que realizan lasa funciones correspondientes a las configuraciones de las realizaciones de la presente divulgación o medios de registro que tienen los programas registrados en el mismo y tal implementación puede lograrse fácilmente por los expertos en la técnica a partir de la divulgación de las realizaciones descritas anteriormente.
[0110] Descripción de los números de referencia
[0111] 1: Sistema de almacenamiento de energía
[0112] 10: Paquete de baterías
[0113] 11, 12: Módulo de batería
[0114] C: Celda de batería
[0115] 20: Relé
[0116] 30: Sistema de conversión de potencia
[0117] 100: Aparato de diagnóstico de barra colectora
[0118] 110: Canal de detección de tensión
[0119] L: Línea de detección de tensión
[0120] 120: Circuito de monitorización de batería
[0121] P: Pin de detección de tensión
[0122] 130: Dispositivo de derivación
[0123] 140: Circuito de control
[0124] 150: Circuito de comunicación
[0125] C<1>~C<m+n>detectada por el circuito de monitorización de batería 120, convierte la señal analógica recopilada en una señal digital y la registra en la memoria como el último valor en serie temporal que indica un historial de tensión. La serie temporal que indica el historial de tensión de la celda de batería C incluye un valor de la tensión detectada en el ciclo anterior y un valor de la tensión detectada en el ciclo presente. En la etapa S310, el circuito de monitorización de batería 120 puede detectar además la corriente eléctrica del paquete de baterías 10 usando el par de pines de detección de corriente. Es decir, el circuito de control 140 puede recopilar una señal analógica que indique la corriente eléctrica del paquete de baterías 10, convertir la señal analógica recopilada en una señal digital y registrarla en la memoria como el último valor en serie temporal que indica un historial de corriente.
[0126] En la etapa S320, el circuito de control 140 diagnostica la barra colectora 13 en base al historial de tensión de cada una de la pluralidad de celdas de batería C<1>~C<m>del primer módulo de batería 11 y la pluralidad de celdas de batería C<m+1>~C<m+n>del segundo módulo de batería 12, detectada por el circuito de monitorización de batería 120.
[0127] Haciendo referencia a la figura 4, la etapa S320 según la primera realización incluye las etapas S410~S470. En la etapa S410, el circuito de control 140 determina si el paquete de baterías 10 se mantiene en el modo de descarga durante un tiempo establecido (por ejemplo, 1 s) o más en base a la corriente eléctrica detectada por el circuito de monitorización de batería 120. Es decir, el circuito de control 140 registra una serie temporal que indica un historial de cambios de la corriente eléctrica del paquete de baterías 10 en la memoria y determina si el paquete de baterías 10 se está descargando de manera continua durante el tiempo establecido o más en base a la serie temporal registrada de la corriente eléctrica. Por ejemplo, en caso de que esté programado registrar la corriente de carga del paquete de baterías 10 como un valor positivo y la corriente de descarga como un valor negativo en la memoria, cuando la serie temporal de la corriente eléctrica registrada en el intervalo de tiempo a partir de un tiempo establecido más pronto que el tiempo presente al tiempo presente se registra como un valor negativo, el circuito de control 140 determina que un valor de la etapa S410 es "SÍ" y, de otro modo, determina que el valor de la etapa S410 es "NO". Cuando el valor de la etapa S410 es "SÍ", se realiza la etapa S420. Cuando el valor de la etapa S410 es "NO", se realiza la etapa S470.
[0128] En la etapa S420, el circuito de control 140 determina una tensión promedio de la pluralidad de celdas de batería C<1>~C<m>del primer módulo de batería 11 y la pluralidad de celdas de batería C<m+1>~C<m+n>del segundo módulo de batería 12. La tensión promedio en la etapa S420 puede determinarse por la siguiente ecuación 1 o 2.
[0129] <Ecuación 1>
[0131]
[0133] <Ecuación 2>
[0135]
[0137] En las ecuaciones 1 y 2, t es el tiempo presente, V<y>[t] es la tensión de la celda de batería C<y>en el tiempo presente, detectado por el dispositivo de monitorización de batería, y V<AV>[t] es la tensión promedio en el tiempo presente. La ecuación 2 es distinta de la ecuación 1 dado que la tensión promedio se calcula con la exclusión de las tensiones V<m>[t], V<m+1>[t] de las dos celdas de batería C<m>, C<m+1>que dependen de la condición de la barra colectora 13.
[0138] En la etapa S430, el circuito de control 140 determina si tanto (i) una diferencia V<AV>[t]-V<m>[t] entre la tensión V<m>[t] de la celda de batería C<m>dispuesta más aguas arriba del primer módulo de batería 11 y la tensión promedio V<AV>[t] como (ii) una diferencia V<AV>[t]-V<m+1>[t] entre la tensión V<m+1>[t] de la celda de batería C<m+1>dispuesta más aguas abajo del segundo módulo de batería 12 y la tensión promedio V<AV>[t] son mayores que una diferencia de tensión de referencia. Cuando la barra colectora 13 y la pluralidad de celdas de batería C<1>~C<m+n>están todas en la condición normal, la diferencia de tensión de referencia (por ejemplo, 0,3 V) está preestablecida para ser mayor que V<AV>[t]-V<m>[t] y V<AV>[t]-V<m+1>[t], teniendo en cuenta la capacidad del circuito de monitorización de batería 120 para dividir la tensión. Que un valor de la etapa S430 sea "SÍ" indica que la probabilidad de que la barra colectora 13 esté en una condición de fallo es igual a o mayor que el valor de referencia. Cuando el valor de la etapa S430 es "SÍ", se realiza la etapa S440. Cuando el valor de la etapa S430 es "NO", se realiza la etapa S470.
[0139] En la etapa S440, el circuito de control 140 aumenta un recuento de diagnóstico mediante un valor predeterminado (por ejemplo, 1). El recuento de diagnóstico indica el número de veces que el valor de la etapa S430 está determinado de manera continua como "SÍ".
[0140] En la etapa S450, el circuito de control 140 determina si el recuento de diagnóstico es igual a o mayor que un recuento de referencia (por ejemplo, 3). Cuando un valor de la etapa S450 es "SÍ", se realiza la etapa S460. En la etapa S460, el circuito de control 140 establece un indicador de diagnóstico que indica que la barra colectora 13 está en una condición de fallo. El circuito de control 140 puede realizar una operación de protección predeterminada en respuesta a que se establezca el indicador de diagnóstico. En un ejemplo, el circuito de control 140 puede transmitir un mensaje de fallo que indica que la barra colectora 13 está en una condición de fallo al controlador de alto nivel 2. El controlador de alto nivel 2 puede detener el sistema de conversión de potencia 30 en respuesta al mensaje de fallo. En otro ejemplo, el circuito de control 140 puede apagar el relé 20. En otro ejemplo, el circuito de control 140 puede establecer cada uno de los valores de tensión detectados V<m>[t], V<m+1>[t] de las celdas de batería C<m>, C<m+1>para que sean iguales a la tensión promedio V<AV>[t] de la pluralidad de celdas de batería C<1>~C<m+n>.
[0141] En la etapa S470, el circuito de control 140 establece el recuento de diagnóstico al valor inicial (por ejemplo, 0) menor que el recuento de referencia.
[0142] Haciendo referencia a la figura 5, la etapa S320 según la segunda realización incluye las etapas S510~S550. En la etapa S510, el circuito de control 140 determines si el paquete de baterías 10 cambia de un modo de carga o un modo de reposo al modo de descarga en base a la corriente eléctrica detectada por el circuito de monitorización de batería 120. El modo de reposo se refiere a un modo en el que el relé 20 está apagado o el sistema de conversión de potencia 30 se detiene y, por tanto, tanto la corriente de carga como la corriente de descarga no fluyen a través del primer módulo de batería 11 y el segundo módulo de batería 12. El modo de carga se refiere a un modo en el que se suministra potencia desde el sistema de conversión de potencia al paquete de baterías 10 y la corriente de carga fluye a través del primer módulo de batería 11 y el segundo módulo de batería 12.
[0143] Por ejemplo, el circuito de control 140 registra una serie temporal que indica un historial de cambios de la corriente eléctrica del paquete de baterías 10 en la memoria y, cuando la corriente eléctrica en el tiempo de diagnóstico más temprano que el presente tiempo está registrada como 0 o un valor positivo en base a la serie temporal registrada de la corriente eléctrica, y la corriente eléctrica en el tiempo presente está registrada como un valor negativo, el circuito de control 140 puede determinar un valor de la etapa S510 como "SÍ". Si no, el valor de la etapa S510 puede determinarse como "NO". Cuando el valor de la etapa S510 es "SÍ", se realiza la etapa S520.
[0144] En la etapa S520, el circuito de control 140 determina una caída de tensión de la celda de batería C<m>dispuesta más aguas arriba del primer módulo de batería 11, una caída de tensión de la celda de batería C<m+1>dispuesta más aguas abajo del segundo módulo de batería 12 y una caída de tensión promedio de la pluralidad de celdas de batería C<1>~C<m>del primer módulo de batería 11 y la pluralidad de celdas de batería C<m+1>~C<m+n>del segundo módulo de batería 12 sobre el tiempo de diagnóstico. La caída de tensión promedio en la etapa S520 puede determinarse por la siguiente ecuación 3 o 4.
[0146]
[0148] En las ecuaciones 3 y 4, t es el tiempo presente, ΔV<y>[t] es la caída de tensión de la celda de batería C<y>y ΔV<AV>[t] es la caída de tensión promedio. ΔV<y>[t] es igual a V<y>[t-t<D>]-V<y>[t], y t<D>es el tiempo de diagnóstico. Es decir, V<y>[t-t<D>] puede ser la tensión de la celda de batería C<y>detectada durante la operación del paquete de baterías 10 en el modo de reposo o el modo de carga y V<y>[t] puede ser la tensión de la celda de batería C<y>detectada la primera vez después del cambio del paquete de baterías 10 desde el modo de reposo o el modo de carga al modo de descarga. La ecuación 4 es distinta de la ecuación 3 dado que la caída de tensión promedio se calcula con la exclusión de la caída de tensión ΔV<m>[t], ΔV<m+1>[t] de las dos celdas de batería C<m>, C<m+1>que depende de la condición de la barra colectora 13.
[0149] En la etapa S530, el circuito de control 140 determina una caída de tensión de referencia multiplicando un cambio de corriente eléctrica sobre el tiempo de diagnóstico por un coeficiente de conversión predeterminado. El cambio de corriente eléctrica puede ser igual a I<P>[t-t<D>]-I<P>[t]. I<P>[t-t<D>] puede ser la corriente eléctrica del paquete de baterías 10 detectada durante la operación del paquete de baterías 10 en el modo de reposo o el modo de carga y I<P>[t] puede ser la corriente eléctrica del paquete de baterías 10 detectada la primera vez después del cambio del paquete de baterías 10 del modo de reposo o el modo de carga al modo de descarga. El coeficiente de conversión puede ser un valor preestablecido, teniendo en cuenta el intervalo de resistencia interna cuando la celda de batería C está en una condición normal.
[0150] En la etapa S540, el circuito de control 140 determines si tanto (i) una diferencia ΔV<m>[t]-ΔV<AV>[t] entre la caída de tensión ΔV<m>[t] de la celda de batería C<m>dispuesta más aguas arriba del primer módulo de batería 11 y la caída promedio de tensión ΔV<AV>[t] como (ii) una diferencia ΔV<m+1>[t]-ΔV<AV>[t] entre la caída de tensión ΔV<m+1>[t] de la celda de batería C<m+1>dispuesta más aguas abajo del segundo módulo de batería 12 y la caída de tensión promedio ΔV<AV>[t] son mayores que la caída de tensión de referencia. Que el valor de la etapa S540 sea "SÍ" indica que la barra colectora 13 está en una condición de fallo. Cuando el valor de la etapa S540 es "SÍ", se realiza la etapa S550.
[0151] En la etapa S550, el circuito de control 140 establece un indicador de diagnóstico que indica que la barra colectora 13 está en una condición de fallo. El circuito de control 140 puede realizar una operación de protección predeterminada en respuesta a que se establezca el indicador de diagnóstico. En un ejemplo, el circuito de control 140 puede transmitir un mensaje de fallo que indica que la barra colectora 13 está en una condición de fallo al controlador de alto nivel 2. El controlador de alto nivel 2 puede detener el sistema de conversión de potencia 30 en respuesta al mensaje de fallo. En otro ejemplo, el circuito de control 140 puede apagar el relé 20.
[0152] Las realizaciones de la presente divulgación descritas anteriormente en el presente documento no se implementan solo a través del aparato y método y pueden implementarse a través de programas que realizan las funciones correspondientes a las configuraciones de las realizaciones de la presente divulgación o medios de grabación que tienen los programas registrados en el mismo y tal implementación puede lograrse fácilmente por los expertos en la técnica a partir de la divulgación de las realizaciones descritas anteriormente.
[0154] Si bien la presente divulgación se ha descrito anteriormente en el presente documento con respecto a un número limitado de realizaciones y dibujos, la presente divulgación no está limitada a los mismos. En este aspecto, la invención se define por las reivindicaciones adjuntas.
[0156] Descripción de los números de referencia
[0157] 1: Sistema de almacenamiento de energía
[0158] 10: Paquete de baterías 11, 12: Módulo de batería C: Celda de batería 20: Relé
[0159] 30: Sistema de conversión de potencia
[0160] 100: Aparato de diagnóstico de barra colectora
[0161] 110: Canal de detección de tensión L: Línea de detección de tensión
[0162] 120: Circuito de monitorización de batería P: Pin de detección de tensión
[0163] 130: Dispositivo de derivación
[0164] 140: Circuito de control
[0165] 150: Circuito de comunicación

Claims (11)

1. REIVINDICACIONES
1. Un aparato de diagnóstico de barra colectora (100) para un paquete de baterías (10) que incluye una barra colectora (13) conectada entre un terminal positivo de un primer módulo de batería (11) que incluye una pluralidad de celdas de batería conectadas en serie y un terminal negativo de un segundo módulo de batería (12) que incluye una pluralidad de celdas de batería conectadas en serie, comprendiendo el aparato de diagnóstico de barra colectora (100):
un circuito de monitorización de batería (120) que incluye una pluralidad de pines de detección de tensión (P0, P1, P2, ..., Pm+n+1), y configurado para detectar una tensión de cada una de la pluralidad de celdas de batería (C1, C2, ..., Cm) del primer módulo de batería (11) y la pluralidad de celdas de batería (Cm+1, Cm+2, ..., Cm+n) del segundo módulo de batería (12) usando una diferencia de potencial de cada dos pines de detección de tensión adyacentes (Pi, Pi+1) de la pluralidad de pines de detección de tensión (P0, P1, P2, ..., Pm+n+1); y
un canal de detección de tensión (110) que incluye una pluralidad de líneas de detección de tensión (L0, L1, L2, ..., Lm+n+1) que conecta un electrodo positivo y un electrodo negativo de cada una de la pluralidad de celdas de batería (C1, C2, ..., Cm) del primer módulo de batería (11) y la pluralidad de celdas de batería (Cm+1, Cm+2, ..., Cm+n) del segundo módulo de batería (12) a la pluralidad de pines de detección de tensión (P0, P1, P2, ..., Pm+n+1);
estando el aparato de diagnóstico de barra colectora (100) caracterizado por que comprende además:
un dispositivo de derivación (130) conectado a la barra colectora (13) a través de un primer pin de detección de tensión (Pm) y un segundo pin de detección de tensión (Pm+1) entre la pluralidad de pines de detección de tensión (P0, P1, P2, ..., Pm+n+1), en donde el primer pin de detección de tensión (Pm) está conectado al electrodo positivo de la celda de batería dispuesto más aguas arriba (Cm) del primer módulo de batería (11) a través de una de la pluralidad de líneas de detección de tensión (L0, L1, L2, ..., Lm+n+1) y el segundo pin de detección de tensión (Pm+1) está conectado al electrodo negativo de la celda de batería (Cm+1) dispuesto más aguas abajo del segundo módulo de batería (12) a través de la otra línea de detección de tensión entre la pluralidad de líneas de detección de tensión (L0, L1, L2, ..., Lm+n+1); y
un circuito de control (140) configurado para diagnosticar la barra colectora (13) en base a la tensión de cada una de la pluralidad de celdas de batería (C1, C2, ..., Cm) del primer módulo de batería (11) y la pluralidad de celdas de batería (Cm+1, Cm+2, ..., Cm+n) del segundo módulo de batería (12).
2. El aparato de diagnóstico de barra colectora (100) según la reivindicación 1, en donde el dispositivo de derivación (130) incluye un diodo, y
un ánodo y un cátodo del diodo están conectados al primer pin de detección de tensión (Pm) y el segundo pin de detección de tensión (Pm+1), respectivamente.
3. El aparato de diagnóstico de barra colectora (100) según la reivindicación 1 o 2, en donde cada una de la pluralidad de líneas de detección de tensión (L0, L1, L2, ..., Lm+n+1) está conectada a un electrodo positivo o a un electrodo negativo de cada una de la pluralidad de celdas de batería (C1, C2, ..., Cm) del primer módulo de batería (11) o a la pluralidad de celdas de batería (Cm+1, Cm+2, ..., Cm+n) del segundo módulo de batería (12) mediante un resistor de protección (R) que tiene un valor de resistencia predeterminado.
4. El aparato de diagnóstico de barra colectora (100) según una de las reivindicaciones 1 a 3, en donde el circuito de monitorización de batería (120) incluye además un par (Pi, Pi+1) de pines de detección de corriente conectables respectivamente a terminales de un resistor de derivación (150) conectado en serie a un circuito en serie del primer módulo de batería (11), la barra colectora (13) y el segundo módulo de batería (12) a través de una trayectoria de corriente del paquete de baterías (10), y está configurado para detectar una corriente eléctrica que fluye a través de la trayectoria de corriente usando una diferencia de potencial entre el par (Pi, Pi+1) de pines de detección de corriente, en donde la diferencia de potencial corresponde a una caída de tensión entre los terminales del resistor de derivación (150).
5. El aparato de diagnóstico de barra colectora (100) según una de las reivindicaciones 1 a 4, en donde el circuito de control (140) está configurado para realizar, en cada tiempo de diagnóstico predeterminado y cuando está determinado que el paquete de baterías (10) se mantiene en un modo de descarga durante un tiempo establecido o más, lo siguiente:
determinar una tensión promedio de la pluralidad de celdas de batería (C1, C2, ..., Cm) del primer módulo de batería (11) y la pluralidad de celdas de batería (Cm+1, Cm+2, ..., Cm+n) del segundo módulo de batería (12), aumentar un recuento de diagnóstico por un valor predeterminado cuando tanto una diferencia entre la tensión de la celda de batería (Cm) dispuesta más aguas arriba del primer módulo de batería (11) y la tensión promedio como una diferencia entre la tensión de la celda de batería (Cm+1) dispuesta más aguas abajo del segundo módulo de batería (12) y la tensión promedio son mayores que una diferencia de tensión de referencia, y
establecer un indicador de diagnóstico que indica que la barra colectora (13) está en una condición de fallo cuando el recuento de diagnóstico aumentado es igual a o mayor que un recuento de referencia.
6. El aparato de diagnóstico de barra colectora (100) según la reivindicación 5, en donde el circuito de control (140) está configurado para establecer el recuento de diagnóstico para que sea igual a un valor inicial inferior al recuento de referencia cuando al menos una de la diferencia entre la tensión de la celda de batería (Cm) dispuesta más
aguas arriba del primer módulo de batería (11) y la tensión promedio o la diferencia entre la tensión de la celda de batería (Cm+1) dispuesta más aguas abajo del segundo módulo de batería (12) y la tensión promedio es igual a o menor que la diferencia de tensión de referencia.
7. El aparato de diagnóstico de barra colectora (100) según una de las reivindicaciones 1 a 4, en donde el circuito de control (140) está configurado para realizar lo siguiente cuando se determina que el paquete de baterías (10) cambia de un modo de reposo o un modo de carga a un modo de descarga:
determinar una caída de tensión de la celda de batería dispuesta más aguas arriba (Cm) del primer módulo de batería (11), una caída de tensión de la celda de batería dispuesta más aguas abajo (Cm+1) del segundo módulo de batería (12) y una caída de tensión promedio de la pluralidad de celdas de batería (C1, C2, ..., Cm) del primer módulo de batería (11) y la pluralidad de celdas de batería (Cm+1, Cm+2, ..., Cm+n) del segundo módulo de batería (12), sobre un tiempo de diagnóstico, y
establecer un indicador de diagnóstico que indica que la barra colectora (13) está en una condición de fallo cuando tanto una diferencia entre la caída de tensión de la celda de batería dispuesta más aguas arriba (Cm) del primer módulo de batería (11) y la caída de tensión promedio y una diferencia entre la caída de tensión de la celda de batería dispuesta más aguas abajo (Cm+1) del segundo módulo de batería (12) y la caída de tensión promedio son mayores que una caída de tensión de referencia.
8. El aparato de diagnóstico de barra colectora (100) según la reivindicación 7, en donde el circuito de control (140) está configurado para determinar la caída de tensión de referencia multiplicando un cambio en la corriente eléctrica sobre el tiempo de diagnóstico por un coeficiente de conversión predeterminado cuando se determina que el paquete de baterías (10) se cambia de un modo de reposo o un modo de carga a un modo de descarga.
9. Un paquete de baterías (10) que comprende el aparato de diagnóstico de barra colectora (100) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8.
10. Un sistema de almacenamiento de energía que comprende el paquete de baterías (10) según la reivindicación 9.
11. Un método de diagnóstico de barra colectora que se puede ejecutar por el aparato de diagnóstico de barra colectora (100) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, comprendiendo el método de diagnóstico de barra colectora:
detectar, mediante el circuito de monitorización de batería (120), una tensión de cada una de la pluralidad de celdas de batería (C1, C2, ..., Cm) del primer módulo de batería (11) y la pluralidad de celdas de batería (Cm+1, Cm+2, ..., Cm+n) del segundo módulo de batería (12) usando una diferencia de potencial entre cada dos pines de detección de tensión adyacentes (P0, P1, P2, ..., Pm+n+1) entre la pluralidad de pines de detección de tensión (P0, P1, P2, ..., Pm+n+1); y
diagnosticar, por el circuito de control (140), la barra colectora (13) en base a la tensión de cada una de la pluralidad de celdas de batería (C1, C2, ..., Cm) del primer módulo de batería (11) y la pluralidad de celdas de batería (Cm+1, Cm+2, ..., Cm+n) del segundo módulo de batería (12), detectada por el circuito de monitorización de batería (120).
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