PROCEDIMIENTO PARA LA DETERMINACION DEL DESGASTE DE UN ACUMULADOR ELECTROQUIMICO DE ENERGIA.

Procedimiento para la determinación del desgaste de un acumulador de energía electroquímico,

con las etapas

- determinación continua de los volúmenes de carga (qL) convertidos durante los ciclos de carga del acumulador de energía y

- cálculo de una magnitud de desgaste (QV) que caracterice el desgaste como función del volumen de carga (qL) convertido determinado

caracterizado por medio de la determinación del volumen de carga (qL) convertido a partir de la suma de las cargas alimentadas en el acumulador de energía

Procedimiento para la determinación del desgaste de un acumulador electroquímico de energía.

La invención se refiere a un procedimiento para la determinación del desgaste de un acumulador de energía electroquímico por medio de la pérdida de capacidad de almacenamiento, así como un acumulador de energía, en particular una batería de arranque para automóviles, con medios de medición para la determinación de las cantidades de carga convertidas durante los ciclos de carga del acumulador de energía, y con medios de cálculo.

Los acumuladores de energía, por ejemplo las baterías de almacenamiento electroquímicas recargables, están sometidos a un desgaste, en particular durante la operación de descarga y carga. Junto a la operación de descarga y carga hay también otras condiciones de operación que aceleran el desgaste de acumuladores de energía electroquímica. Entre éstas se encuentra, por ejemplo, en el acumulador de plomo, la duración de funcionamiento total, es decir, el tiempo total discurrido desde la puesta en funcionamiento, incluyendo los periodos en los que no el acumulador no se ha admitido eléctricamente.

Además, las temperaturas elevadas pueden aumentar el desgaste durante los periodos sin admisión eléctrica y el desgaste ocasionado por medio del funcionamiento cíclico de descarga y carga.

Para el empleo de acumuladores de energía se desea determinar el desgaste a partir de la pérdida de capacidad de almacenamiento. En este caso, sin embargo, la complejidad de los procesos en el acumulador de energía representa un problema, que sólo se puede describir de un modo difícil con métodos científicos.

Por ejemplo, del documento DE 195 40 827 C2 se conoce un procedimiento empírico para la determinación del estado de envejecimiento de una batería en el que se prefija un campo característico específico de la batería del envejecimiento de la batería. Por medio del registro de valores momentáneos de los parámetros de envejecimiento de la batería en la batería supervisada se determina con la ayuda del campo característico un valor en envejecimiento de la batería.

Del documento DE 39 01 680 C3 se conoce un procedimiento para la supervisión de la capacidad de arranque en frío de una batería de arranque, en el que el motor de combustión en marcha observa de modo continuo la carga de la batería y la supervisa por lo que se refiere a que esté por encima o por de bajo de valores limite prefijados. De este modo se reconoce un defecto de la dinamo. Además se observa y se evalúa, la evolución temporal de la calda de tensión en los bornes de conexión del motor de arranque eléctrico durante el proceso de arranque. Sin embargo en este caso no se puede realizar una afirmación sobre la capacidad de almacenamiento disponible del acumulador de energía.

En el documento DE 38 08 559 C2 se da a conocer un procedimiento para la supervisión del limite de potencia de una batería de arranque, en el que por medio de la suma de la cantidad de carga que entra y que sale se establece un balance de cantidad de carga. A partir de aquí, conjuntamente con la supervisión de la tensión en bornes limite y de la temperatura, se valor el estado de carga de la batería de arranque. En este caso tampoco se puede realizar ninguna afirmación sobre la capacidad de almacenamiento restante máxima del acumulador de energía.

Así pues, el objetivo de la invención es crear un procedimiento para la determinación del desgaste de un acumulador de energía electroquímico por medio de la pérdida de capacidad de almacenamiento, con el que se pueda calcular de un modo fiable una magnitud de desgaste como medida para la pérdida de capacidad de almacenamiento con medios sencillos.

El objetivo se consigue según la invención por medio de:

Se ha demostrado, de modo sorprendente, que el desgaste de un acumulador de energía se puede determinar de un modo sencillo y preciso por medio de la consideración del volumen de carga cargado en el acumulador de energía. Esto se puede aclarar por medio del hecho de que el proceso de carga determina las modificaciones estructurales que ocasionan el desgaste del acumulador de energía en los materiales activos desde el punto de vista electroquímico, y además se tienen en cuenta las sobrecargas que conllevan desgaste. En este caso se ha reconocido que la pérdida en capacidad de almacenamiento aumenta de modo progresivo a medida que aumenta la carga de carga convertida durante los ciclos de carga, y los ciclos de descarga no tienen ninguna influencia fundamental sobre esta pérdida.

Los volúmenes de carga convertidos se determinan preferentemente a partir de la suma de las cargas alimentadas en el acumulador de energía, por ejemplo por medio de la integración continua de la corriente de carga que fluye en el acumulador de energía, o por medio del registro de sus modificaciones de estado de carga del acumulador de energía.

Además se ha reconocido que los caudales de carga muy pequeños en la dirección de carga o de descarga que cambian sólo contribuyen muy poco, o nada al desgaste del acumulador de energía. Los volúmenes de carga convertidos que entran en el cálculo de la magnitud de desgaste, asi pues, han de ser mayor que un volumen de carga mínimo definido por ciclo de carga. Con ello, las pequeñas contribuciones al caudal de carga no se tienen en cuenta en la determinación del desgaste. El volumen de carga mínimo, preferentemente, tiene un valor que está en el intervalo del múltiplo de 0,1 a 1 • 10^-6, preferentemente, en particular, en el intervalo del múltiplo de 0,01 a 0,001 de la capacidad inicial de un acumulador de energía nuevo del mismo valor.

La magnitud de desgaste se puede determinar, por ejemplo, de modo proporcional a una función de desgaste que está formada por la suma de al menos los términos a₀, a₁ • q^k y a₂ • qⁱ, (f(q) = a₀ + a₁ • q^k + a₂ + qⁱ). Los parámetros a₀, a₁ y a₂ son constantes en este caso. La variable q designa los volúmenes de carga convertidos, y los parámetros k son valores menores o iguales a uno, y los valores I son valores mayores que uno.

Es especialmente ventajoso que la función de desgaste se desarrolle en una serie de potencias en un punto de desarrollo q₀, que esté formado por una suma de al menos los términos a₁ • (q-q₀)^k y a₂ • (q-q₀)^I y una constante a₀ Los parámetros a₁ y a₂ son constantes. La variable q designa a su vez el volumen de carga convertido, y los parámetros k son valores menores o iguales a uno, e I son valores mayores que uno.

La función de desgaste también se puede desarrollar en una serie de Taylor en el punto de desarrollo q₀, que está formada por una suma al menos de los valores constantes f(q₀) de la función de desgaste en el punto de desarrollo q₀ y al menos de los términos f'(q₀) • (q-q₀) y frac{f''(q₀)}{2} • (q-q₀)². La constante f(q₀) es la primera derivada de la función de desgaste en el punto de desarrollo q₀ y f''(q₀) la segunda derivada.

La magnitud de desgaste se determina preferentemente de modo proporcional a la capacidad inicial de un acumulador de energía nuevo del mismo tipo, por ejemplo a partir del producto de la función de desgaste y de la capacidad inicial. Sin embargo, también puede ser proporcional a la capacidad de un acumulador de energía del mismo tipo en otro instante de funcionamiento.

Para un acumulador de arranque de plomo se ha determinado, por ejemplo, una función de desgaste f(q) = 0,0013 • q_L + 4 • 10^-6 • q_L² como adecuada para la determinación del desgaste, midiéndose el volumen de carga q_L en unidades de la capacidad nominal del acumulador de arranque de plomo.

Es especialmente ventajoso determinar un valor característico para la capacidad de almacenamiento actual del acumulador de energía a partir de la diferencia entre la...

1. Procedimiento para la determinación del desgaste de un acumulador de energía electroquímico, con las etapas

- determinación continua de los volúmenes de carga (q_L) convertidos durante los ciclos de carga del acumulador de energía y

- cálculo de una magnitud de desgaste (Q_V) que caracterice el desgaste como función del volumen de carga (q_L) convertido determinado

caracterizado por medio de la determinación del volumen de carga (q_L) convertido a partir de la suma de las cargas alimentadas en el acumulador de energía.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la corriente de carga (I_L) que fluye en el acumulador de energía se integra de modo continuado para la determinación de la cantidad de carga (q_L) convertida.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por medio del registro de las variaciones de estado de carga del acumulador de energía para la determinación de los volúmenes de carga (q_L) convertidos.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los volúmenes de carga (q_L) convertidos que entran en el cálculo de la magnitud de desgaste (Q_V) son mayores que un volumen de carga mínimo (q_min) definido por ciclo de carga.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque el volumen de carga mínimo (q_min) está en el intervalo de un múltiplo de 0,1 a 1 • 10^-6 de la capacidad inicial (Q_n) de un acumulador de energía nuevo del mismo valor.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque el volumen de carga mínimo (q_min) está en el intervalo de un múltiplo de 0,01 a 0,001 de la capacidad inicial (Q_n) de un acumulador de energía nuevo del mismo valor.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la magnitud de desgaste (Q_V) es proporcional a una función de desgaste (f(q)), estando formada la función de desgaste (f(q)) por la suma de al menos los términos a₀, a₁ • q^k y a₂ • qⁱ, (f(q) = a₀ + a₁ • q^k + a₂ + qⁱ), siendo a₀, a₁ y a₂ parámetros constante, q el volumen de carga, y siendo el parámetro k menor o igual a uno y el parámetro I mayor que uno.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la magnitud de desgaste (Q_V) es proporcional a una función de desgaste (f(q)), desarrollándose la función de desgaste (f(q)) en una serie de potencias en el punto de desarrollo (q₀) que está formada por una suma de al menos los términos a₁ • (q-q₀)^k y a₂ • (q-q₀)^I y una constante a₀, siendo a₁ y a₂ parámetros constantes, y siendo el parámetro k menor o igual a uno y el parámetro I mayor que uno.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la magnitud de desgaste (Q_V) se desarrolla proporcionalmente a una función de desgaste (f(q)) en una serie de Taylor en el punto de desarrollo (q₀), que está formada por una suma del valor constante (f(q₀)) de la función de desgaste (f(q)) en el punto de desarrollo (q₀) y al menos los términos f'(q₀) • (q-q₀) y frac{f''(q₀)}{2} • (q-q₀)², siendo f'(q₀) la primera derivada de la función de desgaste (f(q)) en el punto de desarrollo (q₀) y f''(q₀) la segunda derivada de la función de desgaste (f(q)) en el punto de desarrollo (q₀).

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones previas, caracterizado porque la magnitud de desgaste (Q_V) es proporcional a la capacidad inicial (Q_n) de un acumulador de energía nuevo del mismo tipo.

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 7 a 10, caracterizado por medio del cálculo de la magnitud de desgaste (Q_V) a partir del producto de la función de desgaste (f(q)) y de la capacidad inicial (Q_n) del acumulador de energía nuevo del mismo tipo.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por medio de la determinación de un valor característico para la capacidad de almacenamiento (Q_ist) actual del almacenamiento de energía a partir de la diferencia entre la capacidad inicial (Q_n) del acumulador de energía nuevo del mismo tipo y la magnitud de desgaste (Q_V).

13. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por medio de la unión de las magnitudes de desgaste (Q_V) con otras magnitudes de estado, que describen el estado del acumulador de energía.

14. Acumulador de energía, en particular baterías de arranque para automóviles, con medios de medición para la determinación de los volúmenes de carga (q_L) convertidos durante los ciclos de carga del acumulador de energía y medios de cálculo, caracterizado porque los medios de cálculo para el cálculo de una magnitud de desgaste (Q_V) que caracteriza la pérdida de capacidad de almacenamiento están conformados como función del volumen de carga (q_L) convertido determinado según el procedimiento según una de las reivindicaciones previas.