PROCEDIMIENTO PARA LA DETERMINACION DE LA CANTIDAD DE CARGA QUE SE PUEDE EXTRAER DE UNA BATERIA DE ALMACENAMIENTO Y DISPOSITIVO DE SUPERVISION PARA UNA BATERIA DE ALMACENAMIENTO.

Procedimiento para la determinación de la cantidad de carga (QR) de una batería de almacenamiento,

- determinación de la tensión de la batería (U(t)) y de la corriente de la batería (I(t)) a lo largo de al menos un intervalo de tiempo (?t),

caracterizado por medio de

- alisado de las evoluciones medidas de la tensión de la batería (U(t)) y de la corriente de la batería (I(t)) con al menos dos medidas de alisamiento,

- conformación de las diferencias de tensión (?U23(t)) de las tensiones de la batería (U(t)) alisadas con una primera medida de alisamiento y de las tensiones de la batería (U(t)) alisadas con una segunda medida de alisamiento, ocasionando la segunda medida de alisamiento un alisamiento mayor que la primera medida de alisamiento,

- conformación de las diferencias de corriente (?I23(t)) de las corrientes de la batería (I(t)) alisadas con la primera medida de alisamiento y de las corrientes de la batería (I(t)) alisadas con una segunda medida de alisamiento, ocasionando la segunda medida de alisamiento un alisamiento mayor que la primera medida de alisamiento,

- cálculo de valores característicos (K(t)) a partir de los cocientes de las diferencias de tensión (?U23(t)) y de las diferencias de corriente (?I23(t)),

- cálculo correspondiente de los valores característicos (K(t)) de un intervalo de tiempo (?(t)) respecto a un valor característico del intervalo (Km) por medio de la conformación del valor medio de los valores característicos K(t) de un intervalo de tiempo (?t), y

- determinación de la cantidad de carga (QR) que se puede extraer a partir de al menos un valor característico del intervalo (Km) para al menos un intervalo de tiempo (?t), dependiendo del estado de carga (SOC) de la batería de almacenamiento y de la temperatura de la batería (TBat)

Procedimiento para la determinación de la cantidad de carga que se puede extraer de una batería de almacenamiento y dispositivo de supervisión para una batería de almacenamiento.

La invención se refiere a un procedimiento para la determinación la cantidad de energía que se puede extraer de una batería de almacenamiento, así como a un dispositivo de supervisión para una batería de almacenamiento con medios de medición para la medición de las tensiones de la batería y las corrientes de la batería y medios de evaluación.

Existe una necesidad de estimar la cantidad de energía que se puede extraer de una batería de almacenamiento durante el funcionamiento.

Para ello, en el documento de patente US 5,761,072 se describe un procedimiento para la determinación de la capacidad de una batería de almacenamiento, en el que por medio de un filtro se determina una corriente rápida, y por medio de la conformación del valor medio por medio de integración se determina una corriente lenta. Los valores para la corriente rápida y lenta se insertan en una denominada relación de Peukert para determinar una capacidad para una corriente rápida y para una corriente lenta. Estas capacidades se ponderan, y a partir de ellas se calcula una capacidad total.

En el documento DE 694 23 918 T2 se describe un dispositivo para mostrar el grado de descarga de una batería, en la que se registran valores de medición periódicos, por ejemplo de la tensión en circuito abierto o de la impedancia interna. Estos valores de medición se filtran por medio de un filtro paso bajo, y se determina el valor medio del resultante. Cuando el valor medio sobrepasa un valor umbral, se genera una indicación de advertencia de descarga.

En el documento DE 691 31 276 T2 se da a conocer un comprobador electrónico para la evaluación de la capacidad de energía porcentual de una batería o de una celda de batería. En este procedimiento se determina la conductancia dinámica, y se pone en relación con una conductancia de referencia que se corresponde con la conductancia dinámica de una batería o de una celda de batería con una capacidad del 100 por cien.

Con estos procedimientos o dispositivos conocidos previamente se puede determinar, ciertamente, el estado de carga de una batería nueva. Sin embargo, todavía no se puede realizar ninguna afirmación sobre la cantidad de carga que se puede extraer de una batería usada, en particular en el caso de pequeñas corrientes.

El problema en las baterías de almacenamiento, en concreto, es que la cantidad de energía que se puede extraer con la batería de almacenamiento cargada al máximo puede reducirse por medio de diferentes razones. A una batería de almacenamiento usada, con ello, no se le puede extraer la misma cantidad de carga que en el estado nuevo. Estas causas pueden ser, por ejemplo, en el caso de acumuladores de plomo, la pérdida de masa activa por medio de residuos, sulfatación o similar.

En el caso de que, por ejemplo, se determine el estado de carga de una batería de almacenamiento por medio de la medición de la tensión en reposo, tal y como es posible, por ejemplo, en el caso de un acumulador de plomo, entonces con este valor no se puede realizar ninguna afirmación sobre qué cantidad de carga Q_R de la batería de almacenamiento completamente cargada se puede extraer todavía cuando ésta ya no está en estado nuevo. La razón para ello es que, ciertamente en este caso el estado de carga es una medida para la cantidad de carga que se puede extraer del ácido, si bien la cantidad de carga que se puede extraer todavía a la masa activa sólo se correla en el estado nuevo con la cantidad de carga en el ácido.

En una definición del estado de carga (SOC) como cociente de la diferencia entre la cantidad de carga nominal y la cantidad de carga extraída respecto a la cantidad de carga nominal

frac{SOC = cantidad de carga nominal-cantidad de carga extratext{í}da}{Cantidad de carta nominal}

el estado de carga (SOC) tampoco proporciona ninguna información sobre la cantidad de carga Q_R que se puede extraer.

El estado de carga según estas definiciones, con ello, no proporciona ninguna información sobre la cantidad de carga Q_R que se puede extraer realmente de una batería de almacenamiento usada.

De las patentes US 5,721,688 y 5,572,136 se conocen dispositivos y procedimientos en los que se aplica una corriente variable con el tiempo relativamente pequeña a una batería de almacenamiento, y se observa y se evalúa la respuesta de tensión dependiente del tiempo de la batería de almacenamiento. A partir de la respuesta en tensión se puede determinar la conductividad de la batería de almacenamiento. Durante el funcionamiento, sin embargo, no siempre es posible ni deseado aplicar una corriente de medición separada.

En la patente US 6,252,377 se describe un procedimiento para la determinación de la carga residual, en el que las señales de corriente y de tensión se determinan, respectivamente, filtradas con un filtro paso bajo por medio de la integración de la corriente, y se comparan con un valor límite. Un integrador determina la capacidad de carga a partir de una tabla dependiendo de la temperatura y de la carga residual. Están previstos varios filtros paso bajo para una única señal de corriente con diferentes constantes de tiempo. La selección de las constantes de tiempo depende de la salida de tensión.

El objetivo de la invención, así pues, es crear un procedimiento mejorado para la determinación de la cantidad de carga Q_R que se puede extraer de una batería de almacenamiento en estado completamente cargado, así como un dispositivo de supervisión para una batería de almacenamiento, con el que se pueda determinar de un modo lo más preciso posible la cantidad de carga Q_R que se puede extraer de una batería de almacenamiento usada con medios sencillos.

El objetivo se consigue con el procedimiento genérico conforme a la invención por medio de

- Determinación de la tensión de la batería y de la corriente de la batería a lo largo de al menos un intervalo de tiempo,

- Alisamiento de la evolución medida de la tensión de la batería U(t) y de la corriente de la batería I(t) con al menos dos medidas de alisamiento diferentes,

- Conformación de las diferencias de tensión ?U₂₃(t) de las tensiones de batería alisadas con una primera medida de alisamiento y de las tensiones de batería alisadas con una segunda medida de alisamiento, ocasionando la segunda medida de alisamiento un alisamiento mayor que la primera medida de alisamiento,

- Conformación de las diferencias de corriente ?I₂₃(t) de las corrientes de batería alisadas con una primera medida de alisamiento y de las corrientes de batería alisadas con una segunda medida de alisamiento, ocasionando la segunda medida de alisamiento un alisamiento mayor que la primera medida de alisamiento,

- Cálculo de los valores característicos a partir de los cocientes de las diferencias de tensión y las diferencias de corriente,

- Cálculo de los valores característicos de un intervalo de tiempo para un valor característico de un intervalo de tiempo, y por medio de la conformación del valor medio de los valores característicos de un intervalo de tiempo, y

- Determinación de la cantidad de carga que se puede extraer a partir de al menos un valor característico de intervalo para al menos un intervalo de tiempo dependiendo del estado de carga de la batería de almacenamiento y de la temperatura de la batería.

Se ha reconocido que por medio de la evaluación numérica sencilla de las tensiones de la batería y de las corrientes de la batería medidas de una batería de almacenamiento durante el funcionamiento se puede determinar la cantidad de carga que se puede extraer. Esto se consigue gracias al hecho de que por medio del alisamiento adecuado de las tensiones de la batería y de las corrientes de la batería se genera una tensión de referencia y una corriente de referencia por medio de la elección de una gran constante de tiempo como medida de alisamiento, a partir de la cual se calcula la desviación de la corriente de la batería y de la tensión de la batería alisada con una constante de tiempo más pequeña. Para ello sólo se han de medir y evaluar numéricamente la tensión de la batería y las corrientes de la batería a lo largo de al menos un intervalo de tiempo...

1. Procedimiento para la determinación de la cantidad de carga (Q_R) de una batería de almacenamiento,

- determinación de la tensión de la batería (U(t)) y de la corriente de la batería (I(t)) a lo largo de al menos un intervalo de tiempo (?t),

caracterizado por medio de

- alisado de las evoluciones medidas de la tensión de la batería (U(t)) y de la corriente de la batería (I(t)) con al menos dos medidas de alisamiento,

- conformación de las diferencias de tensión (?U₂₃(t)) de las tensiones de la batería (U(t)) alisadas con una primera medida de alisamiento y de las tensiones de la batería (U(t)) alisadas con una segunda medida de alisamiento, ocasionando la segunda medida de alisamiento un alisamiento mayor que la primera medida de alisamiento,

- conformación de las diferencias de corriente (?I₂₃(t)) de las corrientes de la batería (I(t)) alisadas con la primera medida de alisamiento y de las corrientes de la batería (I(t)) alisadas con una segunda medida de alisamiento, ocasionando la segunda medida de alisamiento un alisamiento mayor que la primera medida de alisamiento,

- cálculo de valores característicos (K(t)) a partir de los cocientes de las diferencias de tensión (?U₂₃(t)) y de las diferencias de corriente (?I₂₃(t)),

- cálculo correspondiente de los valores característicos (K(t)) de un intervalo de tiempo (?(t)) respecto a un valor característico del intervalo (Km) por medio de la conformación del valor medio de los valores característicos K(t) de un intervalo de tiempo (?t), y

- determinación de la cantidad de carga (Q_R) que se puede extraer a partir de al menos un valor característico del intervalo (Km) para al menos un intervalo de tiempo (?t), dependiendo del estado de carga (SOC) de la batería de almacenamiento y de la temperatura de la batería (T_Bat).

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el alisamiento se realiza por medio del filtrado con diferentes constantes de tiempo (t), en el que la segunda constante de tiempo (t₂) como primera medida de alisamiento es mayor que una tercera constante de tiempo (t₃) como segunda medida de alisamiento.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el alisamiento se realiza al menos parcialmente por medio de la conformación del valor medio.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque los valores característicos (K(t)) sólo se calculan o se usan para la determinación del valor característico del intervalo (Km) cuando el valor de la diferencia de corriente (?I₂₃(t)) es menor que un segundo valor límite prefijado (I_grenz2).

5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque el segundo valor límite (I_grenz2) está en el intervalo de la corriente de 30 horas a 80 horas, y preferentemente aproximadamente se corresponde con la corriente de 50 horas de la batería de almacenamiento.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque los valores característicos (K(t)) sólo se calculan o se usan para la determinación del valor característico (Km) del intervalo cuando el valor de la diferencia de corriente (?I₁₂(t)) de la corriente de la batería (I(t)) alisada con la primera medida de alisamiento y de la corriente de batería (I(t)) alisada con una tercera medida de alisamiento es menor que un primer valor límite (I_grenz1) prefijado, ocasionando la segunda medida de alisamiento un mayor alisamiento que la primera medida de alisamiento.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque el primer valor límite (I_grenz1) está en el intervalo de corriente de 30 horas a 80 horas, y preferentemente se corresponde aproximadamente con la corriente de 50 horas de la batería de almacenamiento.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los valores característicos (K(t)) sólo se calculan o se usan para la determinación del valor característico del intervalo (Km) cuando las corrientes de la batería (I(t)) alisadas con la primera medida de alisamiento son mayores que un tercer valor límite (I_grenz3) y menores que un cuarto valor límite (I_grenz4).

9. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque el tercer valor límite (I_grenz3) es aproximadamente la corriente de 10 horas y el cuarto valor límite (I_grenz4) es aproximadamente la corriente de 30 horas.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 6 a 9, caracterizado por medio de la integración de los valores característicos (K(t)) permitidos en un intervalo temporal (?t) para el cálculo de un valor característico (Ki) integrado para el intervalo temporal (?t), e integración de los tiempos en los que hay valores característicos (K(t)) permitidos, para la determinación de una duración temporal (t) del intervalo temporal (?t) y cálculo del valor característico del intervalo (Km) como cociente a partir del valor característico (Ki) integrado del intervalo temporal (?t) y de la duración temporal (t).

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por medio de la ponderación de los valores característicos del intervalo (Km) dependiendo del estado de funcionamiento de la batería de almacenamiento.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la relación entre la cantidad de carga (Q_R) que se puede extraer y los valores característicos del intervalo (Km), el estado de carga (SOC) y la temperatura de la batería (T_Bat) está descrita con campos característicos determinados de modo empírico o mediante cálculo.

13. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por medio de

- capacitación de un campo característico para valores característicos del intervalo del nuevo estado (Km_neu) de una batería de almacenamiento en el nuevo estado dependiendo de estados de carga (SOC) y temperaturas de la batería (T_Bat),

- cálculo de una magnitud (J) a partir de un valor característico del intervalo (Km) en un estado de carga (SOC) determinado y una temperatura de la batería (T_Bat) determinada ya partir del valor característico del intervalo de nuevo estado (Km_neu) para el estado de carga (SOC) y la temperatura de la batería (T_Bat),

- determinación de la cantidad de carga (Q_R) que se puede extraer dependiendo de la magnitud (J) y del estado de carga (SOC), así como de la temperatura de la batería (T_Bat).

14. Procedimiento según la reivindicación 13, caracterizado porque la magnitud (J) es la diferencia entre el valor característico del intervalo (Km) y el valor característico del intervalo del nuevo estado (Km_neu).

15. Procedimiento según la reivindicación 13, caracterizado porque la magnitud (J) es la relación del valor característico del intervalo (Km) y el valor característico del intervalo del nuevo estado (Km_neu).

16. Dispositivo de supervisión para una batería de almacenamiento con medios de medición para la medición de tensiones de la batería (U(t)) y corrientes de la batería (I(t)), y con medios de evaluación, caracterizado porque los medios de evaluación están conformados para la realización de todas las etapas del procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores.