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ES3037993T3 - Battery management apparatus and method - Google Patents

Battery management apparatus and method

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Publication number
ES3037993T3
ES3037993T3 ES22853345T ES22853345T ES3037993T3 ES 3037993 T3 ES3037993 T3 ES 3037993T3 ES 22853345 T ES22853345 T ES 22853345T ES 22853345 T ES22853345 T ES 22853345T ES 3037993 T3 ES3037993 T3 ES 3037993T3
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ES
Spain
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differential
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battery
peak
criterion
Prior art date
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Application number
ES22853345T
Other languages
English (en)
Inventor
A-Ming Cha
Yoon-Jung Bae
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LG Energy Solution Ltd
Original Assignee
LG Energy Solution Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LG Energy Solution Ltd filed Critical LG Energy Solution Ltd
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Active legal-status Critical Current
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Abstract

Un aparato para gestionar una batería según una realización de la presente invención comprende: una unidad de generación de perfiles configurada para generar un perfil diferencial para un perfil de batería que representa la correspondencia entre el voltaje y la capacidad de la batería; y una unidad de control configurada para determinar un pico de referencia y un pico objetivo en el perfil diferencial recibido desde la unidad de generación de perfiles, y diagnosticar la condición de la batería sobre la base del resultado de comparar el valor diferencial del pico de referencia con el valor diferencial del pico objetivo. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Aparato y método de gestión de batería
Campo técnico
La presente divulgación se refiere a un aparato y un método de gestión de batería y, más particularmente, a un aparato y un método de gestión de batería capaces de diagnosticar el estado de una batería de manera no destructiva.
Antecedentes de la técnica
Recientemente, la demanda de productos electrónicos portátiles tales como ordenadores portátiles, cámaras de vídeo y teléfonos portátiles ha aumentado considerablemente, y se han desarrollado en profundidad vehículos eléctricos, acumuladores de energía, robots, satélites y similares. En consecuencia, se están estudiando activamente las baterías de alto rendimiento que permiten la carga y descarga repetidas.
Las baterías disponibles comercialmente en la actualidad incluyen baterías de níquel-cadmio, baterías de hidrógeno de níquel, baterías de níquel-zinc, baterías de litio y similares. Entre estas, las baterías de litio están en el centro de atención ya que casi no presentan efecto de memoria en comparación con las baterías a base de níquel y también tienen una tasa de autocarga muy baja y una densidad de energía alta.
La batería puede degradarse a medida que se suceden las cargas y descargas. Por ejemplo, el estado de la batería puede clasificarse en BOL (comienzo de vida útil), MOL (mitad de la vida útil) y EOL (fin de la vida útil) de acuerdo con el grado de degradación, y, entre ellos, una batería en estado EOL puede tratarse como inutilizable.
Convencionalmente, el estado de salud (SOH) de la batería se estima en función del cambio en la capacidad o la resistencia interna de la misma, o el estado de la batería se diagnostica a través del análisis VOLCANO (un método para analizar un perfil diferencial (perfil V-dQdV o perfil Q-dVdQ)).
En particular, cuando el estado de la batería es el estado EOL, es preferible que la correspondiente batería se trate como inutilizable. Sin embargo, si hay un error al diagnosticar el estado de la batería o el estado de la batería no se diagnostica rápidamente, podría usarse la batería en el estado EOL, lo que puede provocar un accidente inesperado.
El documento EP 3696 903 A1 divulga un aparato de gestión de batería. El aparato de gestión de batería incluye una unidad de detección configurada para generar información de batería que indica una tensión y una corriente de una batería, y una unidad de control acoplada operativamente a la unidad de detección. La unidad de control determina una curva de tensión diferencial basándose en un historial de información de la batería durante un período de detección, mientras la batería se está cargando con una corriente que tiene una primera tasa de corriente. La unidad de control detecta una pluralidad de puntos característicos a partir de la curva de tensión diferencial. La unidad de control determina si se requiere estabilización para un material de electrodo de la batería, basándose en un valor característico de cada uno de la pluralidad de puntos característicos. La unidad de control emite una señal de control para inducir la descarga de la batería con una corriente que tiene una segunda tasa de corriente, cuando se determina que se requiere estabilización para el material de electrodo de la batería. La segunda tasa de corriente es menor que la primera tasa de corriente.
Divulgación
Problema técnico
La presente divulgación está diseñada para resolver los problemas de la técnica relacionada y, por lo tanto, la presente divulgación está dirigida a proporcionar un aparato y un método de gestión de batería capaces de diagnosticar un estado de una batería de manera no destructiva a través del análisis de un perfil diferencial.
Estos y otros objetos y ventajas de la presente divulgación pueden entenderse a partir de la siguiente descripción detallada y se harán más evidentes a partir de las realizaciones ilustrativas de la presente divulgación. Por otra parte, se entenderá que los objetos y ventajas de la presente divulgación pueden realizarse mediante los medios mostrados en las reivindicaciones adjuntas, y mediante combinaciones de los mismos.
Solución técnica
Un aparato de gestión de batería de acuerdo con una realización de la invención comprende: una unidad de generación de perfil configurada para generar un perfil diferencial para un perfil de batería que representa una relación correspondiente entre la tensión y la capacidad de una batería; y una unidad de control configurada para determinar un pico de criterio y un pico objetivo en el perfil diferencial recibido desde la unidad de generación de perfil, y para diagnosticar un estado de la batería basándose en un resultado tras comparar un valor diferencial del pico de criterio y un valor diferencial del pico objetivo.
La unidad de generación de perfil puede estar configurada para generar al menos uno de un perfil de tensión diferencial, que representa una relación correspondiente entre la capacidad y una tensión diferencial para la capacidad, y un perfil de capacidad diferencial, que representa una relación correspondiente entre la tensión y una capacidad diferencial para la tensión, como el perfil diferencial.
La unidad de control puede estar configurada para determinar el tipo del perfil diferencial recibido desde la unidad de generación de perfil, y para determinar el pico de criterio y el pico objetivo en el perfil diferencial recibido de acuerdo con una regla preestablecida para que se corresponda con el tipo determinado del perfil diferencial.
Cuando se recibe el perfil de tensión diferencial desde la unidad de generación de perfil, la unidad de control puede estar configurada para clasificar el perfil de tensión diferencial en una región de criterio y una región objetivo de acuerdo con la capacidad, determinar un pico con la tensión diferencial más pequeña en la región de criterio como el pico de criterio, y determinar un pico con la tensión diferencial más pequeña en la región objetivo como el pico objetivo.
Cuando un valor de tensión diferencial del pico de criterio es menor que un valor de tensión diferencial del pico objetivo, la unidad de control puede estar configurada para diagnosticar el estado de la batería como un estado inutilizable.
Cuando el valor de tensión diferencial del pico de criterio es igual o mayor que el valor de tensión diferencial del pico objetivo, la unidad de control puede estar configurada para diagnosticar el estado de la batería como un estado utilizable.
Cuando se recibe el perfil de capacidad diferencial desde la unidad de generación de perfil, la unidad de control puede estar configurada para clasificar el perfil de capacidad diferencial en una región de criterio y una región objetivo de acuerdo con la tensión, determinar un pico con la mayor capacidad diferencial en la región de criterio como el pico de criterio, y determinar un pico con la mayor capacidad diferencial en la región objetivo como el pico objetivo.
Cuando un valor de capacidad diferencial del pico de criterio supera un valor de capacidad diferencial del pico objetivo, la unidad de control puede estar configurada para diagnosticar el estado de la batería como un estado inutilizable.
Cuando el valor de capacidad diferencial del pico de criterio es igual o menor que el valor de capacidad diferencial del pico objetivo, la unidad de control puede estar configurada para diagnosticar el estado de la batería como un estado utilizable.
El pico objetivo puede estar configurado para aparecer en un perfil diferencial para una batería con alto contenido de níquel que contenga una cantidad predeterminada o una cantidad superior de níquel.
Un paquete de batería de acuerdo con otro aspecto de la presente divulgación puede comprender el aparato de gestión de batería de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación.
Un método de gestión de batería de acuerdo con una realización de la invención comprende: una etapa de generación de perfil diferencial para generar un perfil diferencial para un perfil de batería que representa una relación correspondiente entre la tensión y la capacidad de una batería; una etapa de determinación de pico para determinar un pico de criterio y un pico objetivo en el perfil diferencial generado en la etapa de generación de perfil diferencial; y una etapa de diagnóstico de estado de batería para diagnosticar un estado de la batería basándose en un resultado tras comparar un valor diferencial del pico de criterio y un valor diferencial del pico objetivo.
Efectos ventajosos
De acuerdo con la invención, puede diagnosticarse el estado de la batería de manera no destructiva a través del análisis de perfil diferencial. En particular, se puede diagnosticar específicamente si el estado de la batería es un estado inutilizable.
Los efectos de la presente divulgación no se limitan a los efectos mencionados anteriormente, y los expertos en la materia entenderán claramente otros efectos no mencionados a partir de la descripción de las reivindicaciones.Descripción de los dibujos
Los dibujos adjuntos ilustran una realización preferida de la presente divulgación y, junto con la divulgación anterior, sirven para proporcionar una mayor comprensión de las características técnicas de la presente divulgación y, por lo tanto, no se considera que la presente divulgación se limite a los dibujos.
La FIG. 1 es un diagrama que muestra esquemáticamente un aparato de gestión de batería de acuerdo con una realización de la presente divulgación.
La FIG. 2 es un diagrama que muestra esquemáticamente un perfil de tensión diferencial de acuerdo con una realización de la presente divulgación.
La FIG. 3 es un diagrama que muestra esquemáticamente un perfil de capacidad diferencial de acuerdo con una realización de la presente divulgación.
La FIG. 4 es un diagrama que muestra esquemáticamente una configuración ilustrativa de un paquete de batería de acuerdo con otra realización de la presente divulgación.
La FIG. 5 es un diagrama que muestra esquemáticamente un método de gestión de batería de acuerdo con otra realización más de la presente divulgación.
Descripción detallada
Debe entenderse que los términos usados en la memoria descriptiva y las reivindicaciones adjuntas no deben interpretarse como limitados a significados generales y de diccionario, sino interpretarse basándose en los significados y conceptos correspondientes a los aspectos técnicos de la presente divulgación sobre la base del principio de que el inventor puede definir los términos de manera apropiada para una mejor explicación.
Adicionalmente, al describir la presente divulgación, cuando se considera que una descripción detallada de elementos o funciones conocidos relevantes hace que la materia objeto primordial de la presente divulgación sea ambigua, se omite la descripción detallada en el presente documento.
Los términos que incluyen un número ordinal tal como "primero/a", "segundo/a" y similares, pueden usarse para distinguir un elemento de otro entre varios elementos, pero sin pretender que los términos limiten los elementos. A lo largo de la memoria descriptiva, cuando se hace referencia a una parte "que comprende" o "que incluye" cualquier elemento, significa que la porción puede incluir otros elementos además, sin excluir otros elementos, salvo que se indique específicamente lo contrario.
De forma adicional, a lo largo de la memoria descriptiva, cuando se hace referencia a una porción que está "conectada" a otro elemento, esta no se limita al caso en el que ambos están "conectados directamente", sino que también se incluye el caso en el que ambos están "conectados indirectamente" con otro elemento interpuesto entre los mismos.
En lo sucesivo en el presente documento, se describirán en detalle las realizaciones preferidas de la presente divulgación con referencia a los dibujos adjuntos.
La FIG. 1 es un diagrama que muestra esquemáticamente un aparato de gestión de batería 100 de acuerdo con una realización de la presente divulgación.
Haciendo referencia a la FIG. 1, el aparato de gestión de batería 100 de acuerdo con una realización de la presente divulgación incluye una unidad de generación de perfil 110 y una unidad de control 120.
La unidad de generación de perfil 110 está configurada para generar un perfil diferencial para un perfil de batería que representa una relación correspondiente entre la tensión y la capacidad de una batería.
En este caso, la batería consiste en una celda independiente físicamente separable que incluye un terminal de electrodo negativo y un terminal de electrodo positivo. Por ejemplo, como batería puede considerarse una batería de iones de litio o una batería de polímero de litio. Por otra parte, la batería puede referirse a un módulo de batería en el que una pluralidad de celdas están conectadas en serie y/o en paralelo. En lo sucesivo en el presente documento, por conveniencia de explicación, la batería se describirá como una celda independiente.
Específicamente, la unidad de generación de perfil 110 puede recibir directamente el perfil de batería desde el exterior o puede generar directamente el perfil de batería recibiendo periódicamente la tensión y la capacidad de la batería desde el exterior.
Por ejemplo, el perfil de batería puede representar una relación correspondiente entre la capacidad (Q) y la tensión (V) de la batería. En este caso, la unidad de la capacidad puede ser [mAh] y la unidad de la tensión puede ser [V]. De forma adicional, el perfil de batería puede expresarse como un gráfico bidimensional X-Y, cuando se establece X como la capacidad y se establece Y como la tensión.
De forma adicional, la unidad de generación de perfil 110 puede generar un perfil diferencial correspondiente a la primera derivada del perfil de batería. Por ejemplo, la unidad de generación de perfil 110 puede generar un perfil de capacidad diferencial que representa una relación correspondiente entre la tensión (V) y la capacidad diferencial (dQ/dV), y/o un perfil de tensión diferencial que representa una relación correspondiente entre la capacidad (Q) y la tensión diferencial (dV/dQ).
La unidad de control 120 está configurada para determinar un pico de criterio y un pico objetivo en el perfil diferencial recibido desde la unidad de generación de perfil 110.
Específicamente, la unidad de control 120 puede clasificar la región del perfil diferencial en una región de criterio RR y una región objetivo TR que no se solapan entre sí. De forma adicional, la unidad de control 120 puede determinar el pico de criterio en la región de criterio RR y determinar el pico objetivo en la región objetivo TR.
La unidad de control 120 puede estar configurada para diagnosticar el estado de la batería basándose en un resultado tras comparar un valor diferencial del pico de criterio y un valor diferencial del pico objetivo.
Por ejemplo, la unidad de control 120 puede comparar las magnitudes del valor diferencial del pico de criterio y el valor diferencial del pico objetivo, y diagnosticar el estado de la batería como un estado inutilizable o un estado utilizable de acuerdo con el resultado de la comparación. En este caso, el estado inutilizable puede significar un estado en el que el estado de la batería es un estado EOL y, por lo tanto, no se puede utilizar la batería. El estado utilizable puede significar un estado en el que el estado de la batería es un estado BOL o MOL y, por lo tanto, puede usarse la batería.
En general, una batería en el estado EOL es una batería que ha sufrido una cantidad considerable de degradación, y puede significar una batería que tiene un SOH del 70 % o menos. La batería en el estado EOL está en un estado en el que se ha perdido la capacidad del electrodo positivo y/o del litio utilizable y, en algunos casos, puede producirse recubrimiento de litio (recubrimiento de Li) por el que se deposita litio metálico sobre la superficie del electrodo negativo. Por lo tanto, si se usa de manera continuada la batería en el estado EOL, pueden producirse accidentes inesperados tales como explosiones y/o incendios, debido a un cortocircuito interno.
La unidad de control 120 puede diagnosticar el estado de la batería determinando el valor diferencial del pico de criterio, que puede servir como el valor de criterio, así como el valor diferencial del pico objetivo que puede servir como el valor de comparación en consideración de un perfil diferencial para la batería.
Es decir, el aparato de gestión de batería 100 puede determinar el estado de la batería comparando los valores diferenciales de dos picos que pueden determinarse a partir del perfil diferencial, sin comparar el valor diferencial de un pico determinado a partir del perfil diferencial con un valor específico que está preestablecido uniformemente. En consecuencia, el aparato de gestión de batería 100 tiene la ventaja de poder diagnosticar con mayor precisión el estado actual de la batería adoptando un método de diagnóstico que puede reflejar el estado actual de la batería de la mejor manera.
Al mismo tiempo, la unidad de generación de perfil 110 y la unidad de control 120 proporcionadas en el aparato de gestión de batería 100 pueden incluir selectivamente procesadores conocidos en la técnica, circuitos integrados de aplicación específica (ASIC), otros conjuntos de chips, circuitos lógicos, registros, módems de comunicación, dispositivos de procesamiento de datos, y similares, para ejecutar diversas lógicas de control realizadas en la presente divulgación. Por otra parte, cuando la lógica de control se implementa en software, la unidad de generación de perfil 110 y la unidad de control 120 pueden implementarse como un conjunto de módulos de programa. En este momento, el módulo de programa puede almacenarse en una memoria y ejecutarse mediante la unidad de generación de perfil 110 y la unidad de control 120. La memoria puede ubicarse dentro o fuera de cada una de la unidad de generación de perfil 110 y la unidad de control 120, y puede conectarse a la unidad de generación de perfil 110 y la unidad de control 120 por diversos medios bien conocidos.
De forma adicional, el aparato de gestión de batería 100 puede incluir además una unidad de almacenamiento 130. La unidad de almacenamiento 130 puede almacenar datos necesarios para la operación y función de cada componente del aparato de gestión de batería 100, datos generados en el proceso de realización de la operación o función, o similares. El tipo de unidad de almacenamiento 130 no está particularmente limitado siempre que sea un medio de almacenamiento de información conocido que pueda registrar, borrar, actualizar y leer datos. A modo de ejemplo, los medios de almacenamiento de información pueden incluir RAM, memoria flash, ROM, EEPROM, registros y similares. De forma adicional, la unidad de almacenamiento 130 puede almacenar códigos de programa en los que se definan procesos ejecutables por la unidad de control 120.
Preferiblemente, el pico objetivo puede estar configurado para aparecer en un perfil diferencial para una batería con alto contenido de níquel que contenga cierta cantidad o una cantidad superior de níquel.
En general, la batería con alto contenido de níquel puede significar una batería en la que el contenido de níquel contenido en el material de electrodo positivo es del 80 % o más. A la inversa, una batería con bajo contenido de níquel puede significar una batería en la que el contenido de níquel contenido en el material de electrodo positivo es inferior al 80 %. Por ejemplo, la batería con alto contenido de níquel puede ser una batería de NCM (níquel, cobalto y manganeso) que tenga una relación de níquel (N), cobalto (C) y manganeso (M) de 8:1:1 o 9:1:1.
De forma adicional, el pico objetivo determinado por la unidad de control 120 puede ser un pico que aparezca en la batería con alto contenido de níquel.
En general, durante la carga de la batería puede producirse un equilibrio de fase. De forma adicional, cuando se produce un equilibrio de fases, puede aparecer el pico del perfil diferencial de la batería. Por ejemplo, cuando se produce un equilibrio de cuatro fases, pueden incluirse secuencialmente unos picos Ec (1), Ec (2), Ec (3) y Ec (4) en el perfil diferencial. De forma adicional, para generar el equilibrio de cuarta fase correspondiente al pico Ec (4), el contenido de níquel incluido en el material de electrodo positivo de la batería puede ser del 80 % o más. Por ejemplo, el pico Ec (2) correspondiente al equilibrio de segunda fase puede corresponder al pico de criterio, y el pico Ec (4) correspondiente al equilibrio de cuarta fase puede corresponder al pico objetivo.
Por otro lado, si el contenido de níquel incluido en el material de electrodo positivo es inferior al 80 %, es posible que no se produzca el equilibrio de cuarta fase, e incluso si se produce el equilibrio de cuarta fase, es posible que no se genere un correspondiente pico objetivo.
Por lo tanto, dado que el aparato de gestión de batería 100 de acuerdo con una realización de la presente divulgación usa una batería en la que el contenido de níquel contenido en el material de electrodo positivo es del 80 % o más, es posible determinar claramente el pico objetivo en el perfil diferencial. En consecuencia, el aparato de gestión de batería 100 puede diagnosticar más específicamente el estado de la batería.
La unidad de generación de perfil 110 puede estar configurada para generar al menos uno de un perfil de tensión diferencial, que representa una relación correspondiente entre la capacidad y una tensión diferencial para la capacidad, y un perfil de capacidad diferencial, que representa una relación correspondiente entre la tensión y una capacidad diferencial para la tensión, como el perfil diferencial.
La FIG. 2 es un diagrama que muestra esquemáticamente un perfil de tensión diferencial de acuerdo con una realización de la presente divulgación. Específicamente, la FIG. 2 es un diagrama que muestra un primer perfil de tensión diferencial PV1 para una primera batería y un segundo perfil de tensión diferencial PV2 para una segunda batería.
Haciendo referencia a la FIG. 2, el perfil de tensión diferencial puede representar una relación correspondiente entre una capacidad (Q) y una tensión diferencial (dV/dQ) para la capacidad (Q). En este caso, la tensión diferencial (dV/dQ) puede calcularse como una tasa de cambio instantánea de la tensión (V) con respecto a la capacidad (Q). La FIG. 3 es un diagrama que muestra esquemáticamente un perfil de capacidad diferencial de acuerdo con una realización de la presente divulgación. Específicamente, la FIG. 3 es un diagrama que muestra un primer perfil de capacidad diferencial PQ1 para la primera batería y un segundo perfil de capacidad diferencial PQ2 para la segunda batería.
Haciendo referencia a la FIG. 3, el perfil de capacidad diferencial puede representar una relación correspondiente entre una tensión (V) y una capacidad diferencial (dQ/dV) para la tensión (V). En este caso, la capacidad diferencial (dQ/dV) puede calcularse como una tasa de cambio instantánea de la capacidad (Q) con respecto a la tensión (V). La unidad de control 120 puede estar configurada para determinar el tipo del perfil diferencial recibido desde la unidad de generación de perfil 110.
Por ejemplo, cuando recibe el perfil diferencial desde la unidad de generación de perfil 110, la unidad de control 120 puede recibir a la vez información sobre el tipo del perfil diferencial. En consecuencia, la unidad de control 120 puede clasificar claramente el tipo del perfil diferencial generado por la unidad de generación de perfil 110 como un perfil de capacidad diferencial o un perfil de tensión diferencial.
A modo de otro ejemplo, la unidad de generación de perfil 110 puede estar preconfigurada para generar un tipo de perfil diferencial. De forma adicional, la unidad de generación de perfil 110 puede estar configurada para generar un tipo diferente de perfil diferencial cuando haya una solicitud de la unidad de control 120. En consecuencia, la unidad de control 120 puede clasificar claramente el tipo del perfil diferencial recibido desde la unidad de generación de perfil 110.
La unidad de control 120 puede estar configurada para determinar el pico de criterio y el pico objetivo en el perfil diferencial recibido de acuerdo con una regla preestablecida para que se corresponda con el tipo determinado del perfil diferencial.
Específicamente, la unidad de control 120 puede determinar el pico de criterio y el pico objetivo en el perfil de capacidad diferencial y el perfil de tensión diferencial de diferentes maneras. Dado que el perfil de capacidad diferencial y el perfil de tensión diferencial son perfiles diferenciales que representan una relación correspondiente entre diferentes factores, la unidad de control 120 puede determinar el pico de criterio y el pico objetivo de acuerdo con una regla correspondiente al tipo del perfil diferencial, respectivamente.
Cuando la unidad de control 120 recibe el perfil de tensión diferencial desde la unidad de generación de perfil 110, la unidad de control 120 puede estar configurada para clasificar el perfil de tensión diferencial en una región de criterio RR y una región objetivo TR de acuerdo con la capacidad. Por ejemplo, la unidad de control 120 puede dividir a la mitad la región de capacidad del perfil de tensión diferencial y clasificar una región de baja capacidad como la región de criterio RR y una región de alta capacidad como la región objetivo TR.
En la realización de la FIG. 2, la capacidad (Q) del perfil de tensión diferencial se normaliza a un intervalo de 0 mAh a 1 mAh. La unidad de control 120 puede reducir a la mitad la región de capacidad del perfil de tensión diferencial, de modo que se establezca una región de baja capacidad de 0 mAh a 0,5 mAh como la región de criterio RR y se establezca una región de alta capacidad de 0,5 mAh a 1 mAh como la región objetivo TR.
De forma adicional, la unidad de control 120 puede estar configurada para determinar un pico con la tensión diferencial más pequeña en la región de criterio Rr como el pico de criterio, y para determinar un pico con la tensión diferencial más pequeña en la región objetivo TR como el pico objetivo.
Por ejemplo, en la realización de la FIG. 2, la región de criterio RR del primer perfil de tensión diferencial PV1 puede incluir un primer pico de criterio RP1, y el valor de tensión diferencial del primer pico de criterio RP1 puede ser dV_RP1. De forma adicional, la región objetivo TR del primer perfil de tensión diferencial PV1 puede incluir un primer pico objetivo TP1, y el valor de tensión diferencial del primer pico objetivo TP1 puede ser dV_TP1. La región de criterio RR del segundo perfil de tensión diferencial PV2 puede incluir un segundo pico de criterio RP2, y el valor de tensión diferencial del segundo pico de criterio RP2 puede ser dV_RP2. De forma adicional, la región objetivo TR del segundo perfil de tensión diferencial PV2 puede incluir un segundo pico objetivo TP2, y el valor de tensión diferencial del segundo pico objetivo TP2 puede ser dV_TP2.
Cuando el valor de tensión diferencial del pico de criterio es menor que el valor de tensión diferencial del pico objetivo, la unidad de control 120 puede diagnosticar el estado de la batería como un estado inutilizable. A la inversa, cuando el valor de tensión diferencial del pico de criterio es igual o mayor que el valor de tensión diferencial del pico objetivo, la unidad de control 120 puede diagnosticar el estado de la batería como un estado utilizable. En general, en el perfil de tensión diferencial, a medida que la batería se degrada, el valor de capacidad correspondiente al pico objetivo se desplaza al lado de baja capacidad, y puede aumentar el valor de tensión diferencial correspondiente al pico objetivo. Es decir, en la realización de la FIG. 2, la segunda batería correspondiente al segundo perfil de tensión diferencial PV2 puede estar más degradada que la primera batería correspondiente al primer perfil de tensión diferencial PV1.
En la realización de la FIG. 2, dado que el valor de tensión diferencial (dV_RP1) del primer pico de criterio RP1 incluido en el primer perfil de tensión diferencial PV1 es igual o mayor que el valor de tensión diferencial (dV_TP1) del primer pico objetivo TP1, la unidad de control 120 puede diagnosticar el estado de la primera batería correspondiente al primer perfil de tensión diferencial PV1 como un estado utilizable. A la inversa, dado que el valor de tensión diferencial (dV_RP2) del segundo pico de criterio RP2 incluido en el segundo perfil de tensión diferencial PV2 es menor que el valor de tensión diferencial (dV_TP2) del segundo pico objetivo TP2, la unidad de control 120 puede diagnosticar el estado de la segunda batería correspondiente al segundo perfil de tensión diferencial PV2 como un estado inutilizable.
Preferiblemente, la unidad de control 120 puede estar configurada para bloquear la carga y descarga de la segunda batería de modo que no se use la segunda batería diagnosticada con un estado inutilizable. Por ejemplo, la unidad de control 120 puede bloquear la carga y descarga de la segunda batería controlando a un estado de apagado el relé conectado al terminal de electrodo positivo y/o al terminal de electrodo negativo de la segunda batería. A modo de otro ejemplo, para indicar que la segunda batería está en un estado inutilizable, la unidad de control 120 puede etiquetar el estado de la batería como un estado inutilizable en la información de batería sobre la segunda batería. Al recibir el perfil de capacidad diferencial de la unidad de generación de perfil 110, la unidad de control 120 puede estar configurada para clasificar el perfil de capacidad diferencial en una región de criterio RR y una región objetivo TR de acuerdo con la tensión. Por ejemplo, la unidad de control 120 puede dividir a la mitad la región de tensión del perfil de capacidad diferencial y clasificar una región de baja tensión como la región de criterio RR y una región de alta tensión como la región objetivo TR.
En la realización de la FIG. 3, la región de tensión del perfil de capacidad diferencial puede ser de 3,2 [V] a 4,2 [V]. La unidad de control 120 puede reducir a la mitad la región de tensión del perfil de capacidad diferencial, de modo que se establezca una región de baja tensión de 3,2 V a 3,7 V como la región de criterio RR y se establezca una región de alta tensión de 3,7 V a 4,2 V como la región objetivo TR.
La unidad de control 120 puede estar configurada para determinar un pico con la mayor capacidad diferencial en la región de criterio RR como el pico de criterio, y para determinar un pico con la mayor capacidad diferencial en la región objetivo TR como el pico objetivo.
Por ejemplo, en la realización de la FIG. 3, la región de criterio RR del primer perfil de capacidad diferencial PQ1 puede incluir un tercer pico de criterio RP3, y el valor de capacidad diferencial del tercer pico de criterio RP3 puede ser dQ_RP3. De forma adicional, la región objetivo TR del primer perfil de capacidad diferencial PQ1 puede incluir un tercer pico objetivo TP3, y el valor de capacidad diferencial del tercer pico objetivo TP3 puede ser dQ_TP3. La región de criterio RR del segundo perfil de capacidad diferencial PQ2 puede incluir un cuarto pico de criterio RP4, y el valor de capacidad diferencial del cuarto pico de criterio RP4 puede ser dQ_RP4. De forma adicional, la región objetivo TR del segundo perfil de capacidad diferencial PQ2 puede incluir un cuarto pico objetivo TP4, y el valor de capacidad diferencial del cuarto pico objetivo TP4 puede ser dQ_TP4.
La unidad de control 120 puede estar configurada para diagnosticar el estado de la batería como un estado inutilizable cuando el valor de capacidad diferencial del pico de criterio supere el valor de capacidad diferencial del pico objetivo, y para diagnosticar el estado de la batería como un estado utilizable cuando el valor de capacidad diferencial del pico de criterio sea menor o igual que el valor de capacidad diferencial del pico objetivo.
En general, en el perfil de capacidad diferencial, a medida que la batería se degrada, puede reducirse el valor de capacidad diferencial correspondiente al pico objetivo. Es decir, en la realización de la FIG. 3, la segunda batería correspondiente al segundo perfil de capacidad diferencial PQ2 puede estar más degradada que la primera batería correspondiente al primer perfil de capacidad diferencial PQ1.
En la realización de la FIG. 3, dado que el valor de capacidad diferencial (dQ_RP3) del tercer pico de criterio RP3 incluido en el primer perfil de capacidad diferencial PQ1 es menor o igual que el valor de capacidad diferencial (dQ_TP3) del tercer pico objetivo TP3, la unidad de control 120 puede diagnosticar el estado de la primera batería correspondiente al primer perfil de capacidad diferencial PQ1 como un estado utilizable. A la inversa, dado que el valor de capacidad diferencial (dQ_RP4) del cuarto pico de criterio RP4 incluido en el segundo perfil de capacidad diferencial PQ2 supera el valor de capacidad diferencial (dQ_TP4) del cuarto pico objetivo TP4 (dQ_TP4), la unidad de control 120 puede diagnosticar el estado de la segunda batería correspondiente al segundo perfil de capacidad diferencial PQ2 como un estado inutilizable.
Preferiblemente, la unidad de control 120 puede estar configurada para bloquear la carga y descarga de la segunda batería de modo que no se use la segunda batería diagnosticada con un estado inutilizable. Por ejemplo, la unidad de control 120 puede bloquear la carga y descarga de la segunda batería controlando a un estado de apagado el relé conectado al terminal de electrodo positivo y/o al terminal de electrodo negativo de la segunda batería. A modo de otro ejemplo, para indicar que la segunda batería está en un estado inutilizable, la unidad de control 120 puede etiquetar el estado de la batería como un estado inutilizable en la información de batería sobre la segunda batería. El aparato de gestión de batería 100 de acuerdo con la presente divulgación puede aplicarse a un BMS (sistema de gestión de batería). Es decir, el BMS de acuerdo con la presente divulgación puede incluir el aparato de gestión de batería 100 descrito anteriormente. En esta configuración, al menos algunos de los componentes del aparato de gestión de batería 100 pueden implementarse complementando o añadiendo funciones de la configuración incluida en el BMS convencional. Por ejemplo, la unidad de generación de perfil 110, la unidad de control 120 y la unidad de almacenamiento 130 pueden implementarse como componentes del BMS.
El aparato de gestión de batería 100 de acuerdo con la presente divulgación puede proporcionarse en un paquete de batería. Es decir, el paquete de batería de acuerdo con la presente divulgación puede incluir el aparato de gestión de batería 100 descrito anteriormente y una o más celdas de batería. De forma adicional, el paquete de batería puede incluir además equipos eléctricos (relés, fusibles, etc.) y un estuche.
La FIG. 4 es un diagrama que muestra esquemáticamente una configuración ilustrativa de un paquete de batería de acuerdo con otra realización de la presente divulgación.
El terminal de electrodo positivo de la batería B puede conectarse al terminal de electrodo positivo P+ del paquete de batería 10, y el terminal de electrodo negativo de la batería B puede conectarse al terminal de electrodo negativo P-del paquete de batería 10.
Una unidad de medición 200 puede conectarse a una primera línea de detección SL1, una segunda línea de detección SL2 y una tercera línea de detección SL3. Específicamente, la unidad de medición 200 puede conectarse a un terminal de electrodo positivo de la batería B a través de la primera línea de detección SL1, y puede conectarse a un terminal de electrodo negativo de la batería B a través de la segunda línea de detección SL2. La unidad de medición 200 puede medir la tensión de la batería B basándose en la tensión medida en cada una de la primera línea de detección SL1 y la segunda línea de detección SL2.
De forma adicional, la unidad de medición 200 puede conectarse a un amperímetro A a través de la tercera línea de detección SL3. Por ejemplo, el amperímetro A puede ser un amperímetro o una resistencia de derivación capaz de medir la corriente de carga y la corriente de descarga de la batería B. La unidad de medición 200 puede calcular la cantidad de carga midiendo la corriente de carga de la batería B a través de la tercera línea de detección SL3. Por otra parte, la unidad de medición 200 puede calcular la cantidad de descarga midiendo la corriente de descarga de la batería B a través de la tercera línea de detección SL3.
Un extremo del dispositivo de carga y descarga 20 puede conectarse al terminal de electrodo positivo P+ del paquete de batería 10, y el otro extremo puede conectarse al terminal de electrodo negativo P- del paquete de batería 10. Por lo tanto, el terminal de electrodo positivo de la batería B, el terminal de electrodo positivo P+ del paquete de batería 10, el dispositivo de carga y descarga 20, el terminal de electrodo negativo P- del paquete de batería 10 y el terminal de electrodo negativo de la batería B pueden conectarse eléctricamente.
Por ejemplo, el aparato de gestión de batería 100 puede aplicarse a un dispositivo de diagnóstico de estado para una batería reutilizable, que diagnostica el estado de una batería reutilizable.
Recientemente, a medida que aumenta el interés por la energía ecológica, está aumentando el uso de baterías. Dado que una batería tiene un límite que no puede evitar degradarse a medida que se usa la misma, puede determinarse si la batería puede reciclarse o no de acuerdo con el estado de la batería. Por ejemplo, una batería que se haya usado primero en un vehículo puede reutilizarse en un sistema de almacenamiento de energía (ESS). En general, la batería en el estado MOL puede reutilizarse para un uso secundario o terciario, pero la batería en el estado EOL puede no ser reutilizable. En consecuencia, el aparato de gestión de batería 100 puede determinar si una batería recogida puede reutilizarse o no diagnosticando el estado de la batería recogida para juzgar si reutilizarla o no.
Por ejemplo, el aparato de gestión de batería 100 puede diagnosticar si el estado de la batería recogida es un estado inutilizable o un estado utilizable comparando el valor diferencial del pico de criterio y el valor diferencial del pico objetivo en el perfil diferencial de la batería recogida.
La FIG. 5 es un diagrama que muestra esquemáticamente un método de gestión de batería de acuerdo con otra realización más de la presente divulgación.
Preferiblemente, cada etapa del método de gestión de batería puede ser realizada por el aparato de gestión de batería 100. En lo sucesivo en el presente documento, se omitirán o se describirán brevemente los contenidos que se superpongan con los contenidos descritos anteriormente.
La etapa de generación de perfil diferencial (S100) es una etapa para generar un perfil diferencial para un perfil de batería que representa una relación correspondiente entre la tensión y la capacidad de una batería, y puede ser realizada por la unidad de generación de perfil 110.
Por ejemplo, la unidad de generación de perfil 110 puede estar configurada para generar al menos uno de un perfil de tensión diferencial, que representa una relación correspondiente entre una capacidad y una tensión diferencial para la capacidad, y un perfil de capacidad diferencial, que representa una relación correspondiente entre una tensión y una capacidad diferencial para la tensión.
La etapa de determinación de pico (S200) es una etapa para determinar un pico de criterio y un pico objetivo en el perfil diferencial generado en la etapa de generación de perfil diferencial (S100), y puede ser realizada por la unidad de control 120.
Por ejemplo, cuando la unidad de control 120 recibe el perfil de tensión diferencial desde la unidad de generación de perfil 110, la unidad de control 120 puede clasificar la región de capacidad del perfil de tensión diferencial en una región de criterio RR y una región objetivo TR, determinar el pico de criterio en la región de criterio RR, y determinar el pico objetivo en la región objetivo Tr .
A modo de otro ejemplo, cuando la unidad de control 120 recibe el perfil de capacidad diferencial desde la unidad de generación de perfil 110, la unidad de control 120 puede clasificar la región de tensión del perfil de capacidad diferencial en una región de criterio RR y una región objetivo TR, determinar el pico de criterio en la región de criterio RR, y determinar el pico objetivo en la región objetivo TR.
La etapa de diagnóstico de estado de batería (S300) es una etapa para diagnosticar el estado de la batería basándose en un resultado tras comparar el valor diferencial del pico de criterio y el valor diferencial del pico objetivo, y puede ser realizada por la unidad de control 120.
Por ejemplo, cuando la unidad de control 120 recibe el perfil de tensión diferencial desde la unidad de generación de perfil 110, la unidad de control 120 puede diagnosticar el estado de la batería como un estado inutilizable si el valor de tensión diferencial del pico de criterio es menor que el valor de tensión diferencial del pico objetivo. A la inversa, si el valor de tensión diferencial del pico de criterio es igual o mayor que el valor de tensión diferencial del pico objetivo, la unidad de control 120 puede diagnosticar el estado de la batería como un estado utilizable.
A modo de otro ejemplo, cuando la unidad de control 120 recibe el perfil de capacidad diferencial desde la unidad de generación de perfil 110, la unidad de control 120 puede diagnosticar el estado de la batería como un estado inutilizable si el valor de capacidad diferencial del pico de criterio supera el valor de capacidad diferencial del pico objetivo. De forma adicional, si el valor de capacidad diferencial del pico de criterio es menor o igual que el valor de capacidad diferencial del pico objetivo, la unidad de control 120 puede estar configurada para diagnosticar el estado de la batería como un estado utilizable.
Las realizaciones de la presente divulgación descritas anteriormente pueden implementarse no solo a través de un aparato y un método, sino que pueden implementarse a través de un programa que realiza una función correspondiente a la configuración de las realizaciones de la presente divulgación o un medio de grabación en el que se grabe el programa. El programa o medio de grabación puede ser implementado fácilmente por los expertos en la materia a partir de la anterior descripción de las realizaciones.
La presente divulgación se ha descrito en detalle. Sin embargo, se debe entender que la descripción detallada y los ejemplos específicos, aunque indican las realizaciones preferentes de la divulgación, se presentan únicamente a modo de ilustración, dado que, para los expertos en la materia, resultarán evidentes diversos cambios y modificaciones dentro del alcance de las reivindicaciones a partir de esta descripción detallada.
(Signos de referencia)
10: paquete de batería
20: dispositivo de carga y descarga
100: aparato de gestión de batería
110: unidad de generación de perfil
120: unidad de control
130: unidad de almacenamiento
200: unidad de medición

Claims (11)

REIVINDICACIONES
1. Un aparato de gestión de batería (100), que comprende:
una unidad de generación de perfil (110) configurada para generar un perfil diferencial para un perfil de batería que representa una relación correspondiente entre tensión y capacidad de una batería; y
una unidad de control (120) configurada para determinar un pico de criterio y un pico objetivo en el perfil diferencial recibido desde la unidad de generación de perfil (110);
caracterizado por que
la unidad de control (120) está configurada además para diagnosticar un estado de la batería basándose en un resultado de comparar un valor diferencial del pico de criterio y un valor diferencial del pico objetivo.
2. El aparato de gestión de batería (100) de acuerdo con la reivindicación 1,
en donde la unidad de generación de perfil (110) está configurada para generar, como el perfil diferencial, al menos uno de: un perfil de tensión diferencial, que representa una relación correspondiente entre capacidad y una tensión diferencial para la capacidad, y/o un perfil de capacidad diferencial, que representa una relación correspondiente entre tensión y una capacidad diferencial para la tensión.
3. El aparato de gestión de batería (100) de acuerdo con la reivindicación 2,
en donde la unidad de control (120) está configurada para determinar un tipo del perfil diferencial recibido desde la unidad de generación de perfil (110), y para determinar el pico de criterio y el pico objetivo en el perfil diferencial recibido de acuerdo con una regla preestablecida para que se corresponda con el tipo determinado del perfil diferencial.
4. El aparato de gestión de batería (100) de acuerdo con la reivindicación 3,
en donde cuando se recibe el perfil de tensión diferencial desde la unidad de generación de perfil (110), la unidad de control (120) está configurada para clasificar el perfil de tensión diferencial en una región de criterio y una región objetivo de acuerdo con la capacidad, determinar un pico con la tensión diferencial mínima en la región de criterio como el pico de criterio, y determinar un pico con la tensión diferencial mínima en la región objetivo como el pico objetivo.
5. El aparato de gestión de batería (100) de acuerdo con la reivindicación 4,
en donde cuando un valor de tensión diferencial del pico de criterio es menor que un valor de tensión diferencial del pico objetivo, la unidad de control (120) está configurada para diagnosticar el estado de la batería como un estado inutilizable, y
en donde cuando el valor de tensión diferencial del pico de criterio es igual o mayor que el valor de tensión diferencial del pico objetivo, la unidad de control (120) está configurada para diagnosticar el estado de la batería como un estado utilizable.
6. El aparato de gestión de batería (100) de acuerdo con la reivindicación 3,
en donde cuando se recibe el perfil de capacidad diferencial desde la unidad de generación de perfil (110), la unidad de control (120) está configurada para clasificar el perfil de capacidad diferencial en una región de criterio y una región objetivo de acuerdo con la tensión, determinar un pico con la capacidad diferencial máxima en la región de criterio como el pico de criterio, y determinar un pico con la capacidad diferencial máxima en la región objetivo como el pico objetivo.
7. El aparato de gestión de batería (100) de acuerdo con la reivindicación 6,
en donde cuando un valor de capacidad diferencial del pico de criterio supera un valor de capacidad diferencial del pico objetivo, la unidad de control (120) está configurada para diagnosticar el estado de la batería como un estado inutilizable, y
en donde cuando el valor de capacidad diferencial del pico de criterio es igual o menor que el valor de capacidad diferencial del pico objetivo, la unidad de control (120) está configurada para diagnosticar el estado de la batería como un estado utilizable.
8. El aparato de gestión de batería (100) de acuerdo con la reivindicación 1,
en donde el pico objetivo está configurado para aparecer en un perfil diferencial para una batería con alto contenido de níquel que contenga una cantidad predeterminada de níquel o una cantidad superior.
9. El aparato de gestión de batería (100) de acuerdo con alguna de las reivindicaciones 1 a 8, en donde el estado de la batería incluye un estado utilizable y un estado inutilizable. [página 9, líneas 1-10]
10. Un paquete de batería (10) que comprende el aparato de gestión de batería (100) de acuerdo con alguna de las reivindicaciones 1 a 9.
11. Un método de gestión de batería, que comprende:
una etapa de generación de perfil diferencial de generar un perfil diferencial para un perfil de batería que representa una relación correspondiente entre tensión y capacidad de una batería; y
una etapa de determinación de pico de determinar un pico de criterio y un pico objetivo en el perfil diferencial generado en la etapa de generación de perfil diferencial;
caracterizado por
una etapa de diagnóstico de estado de batería de diagnosticar un estado de la batería en base a un resultado de comparar un valor diferencial del pico de criterio y un valor diferencial del pico objetivo.
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