Procedimiento de determinación del estado de carga de una batería,

que tiene una tensión nominal predeterminada, que comprende una fase de carga o de descarga de la batería a corriente constante, caracterizado porque comprende, en el transcurso de dicha fase, las siguientes etapas sucesivas: - la puesta en circuito abierto de la batería durante un período de reposo (t1-t2), - la aplicación de una tensión de prueba, constante, en bornes de la batería durante un período de prueba predeterminado (t2-t3), - la medición de la corriente al final del período de prueba, - la determinación del estado de carga correspondiente a dicha corriente medida al final del período de prueba por medio de una curva de calibración

Ámbito técnico de la invención 5

La invención se refiere a un procedimiento de determinación del estado de carga de una batería que tiene una tensión nominal predeterminada, que incorpora una fase de carga o de descarga de la batería a corriente constante. 10

Estado de la técnica

En las baterías de plomo, el estado de carga (SOC) varía, como es convencional, en función de la tensión de la batería en circuito abierto (corriente nula) dentro de un amplio margen, por ejemplo de más de un voltio de 15 amplitud, tal como se ilustra en la figura 1 (artículo «Methods for state-of-charge determination and their applications» de Sabine Piller y col., publicado en 2001 en el «Journal of power sources» páginas 113 a 120). El estado de carga de estas baterías se puede determinar 20 entonces mediante una simple interpolación de potencial, cuya precisión depende de la precisión de la medida de la tensión, así como de la pendiente de la curva de descarga de la batería en función de su estado de carga.

El estado de carga se puede determinar asimismo a 25 partir de la medida de la tensión a corriente no nula. Entonces, la precisión depende de la precisión de la medida de tensión, pero también de la corriente, de la pendiente de la curva característica de la descarga de la batería en función de su estado de carga, así como de los 30 parámetros de estimación de la tensión de batería a corriente no nula.

Estos procedimientos mediante interpolación del potencial no están adaptados a algunas baterías actuales, en especial las baterías de tipo ión litio con cátodo de 35

material bifásico, en las que es pequeña la diferencia de tensión entre el estado cargado y el estado descargado, tal como se ilustra en la figura 2.

Como es sabido, el estado de carga de una batería también se puede determinar por integración de la 5 corriente en función del tiempo. La precisión de una estimación que utiliza este procedimiento depende de la precisión de la medida de la corriente. También es necesario conocer la capacidad inicial del elemento, la capacidad de carga total, el rendimiento farádico. Uno de 10 los principales defectos de esta tecnología es la acumulación de los errores ciclo tras ciclo, que redundan en incertidumbres cada vez más importantes (dependientes de las estimaciones de capacidad iniciales del elemento y de su capacidad total). Esta técnica, por tanto, no es 15 aplicable para una gestión a largo plazo de una batería.

La solicitud de patente europea EP0323539 describe un procedimiento de determinación del estado de carga de una batería de litio. Este procedimiento permite determinar el estado de carga de baterías cuyas curvas de 20 descarga son relativamente planas.

Objeto de la invención

La invención tiene por finalidad un procedimiento de determinación del estado de carga preciso, que no adolece de los inconvenientes de la técnica anterior. 25

Esta finalidad se logra por el hecho de que el procedimiento comprende, en el transcurso de dicha fase, las siguientes etapas sucesivas:

- la puesta en circuito abierto de la batería durante un período de reposo, 30

- la aplicación de una tensión de prueba, constante, en bornes de la batería durante un período de prueba predeterminado,

- la medición de la corriente al final del período de prueba, 35

- la determinación del estado de carga correspondiente a dicha corriente medida al final del período de prueba por medio de una curva de calibración.

Breve descripción de los dibujos

Otras ventajas y características resultarán más 5 evidentes a partir de la descripción que sigue de realizaciones particulares de la invención, dadas a modo de ejemplos no limitativos y representadas en los dibujos que se adjuntan, en los que:

La figura 1 representa una curva de determinación del 10 estado de carga de una batería por mediación de una medición de tensión en circuito abierto, según la técnica anterior.

La figura 2 ilustra la variación de la tensión en 15 circuito abierto en función del estado de carga de una batería de ión litio.

La figura 3 representa la evolución de la tensión en función de la tasa de descarga de la batería en el transcurso de una descarga a 20 corriente constante.

La figura 4 representa la evolución de la tensión de la batería en función del tiempo durante una fase de determinación del estado de carga según la invención. 25

La figura 5 representa la evolución de la corriente resultante en función del tiempo entre los instantes t2 y t3 de la figura 4.

La figura 6 ilustra una curva de calibración representativa de la corriente al final 30 del período de prueba en función del estado de carga.

Descripción de realizaciones particulares

Tal como se ilustra en las figuras 3 a 5, para determinar el estado de carga de la batería, de tensión 35

nominal predeterminada, durante una fase de carga o de descarga a corriente constante, en primer lugar se pone la batería en reposo (en el instante t1 en la figura 4), es decir, la batería se pone en circuito abierto y ya no consume corriente. Esta puesta en período de reposo 5 provoca inicialmente una variación de la tensión en bornes de la batería hasta una tensión meseta correspondiente a un estado estable de la tensión. Esta variación corresponde a un aumento de la tensión si la batería estuviera en fase de descarga (figura 3 y 4) o a una 10 disminución de la tensión si la batería estuviera en fase de carga. El período de reposo (t1-t2) de la batería preferentemente es mayor o igual que 30 s, preferentemente de una duración suficiente para que se llegue hasta la tensión de meseta. 15

A continuación se aplica (en el instante t2 en la figura 4) una tensión de prueba, constante, en bornes de la batería durante un período de prueba predeterminado (t2-t3), preferentemente menor o igual que 30 s. En efecto, el período de prueba no tiene que dejar de ser 20 breve, de forma que afecte lo menos posible al valor del estado de carga que se va a determinar. Esta tensión de prueba, constante, es inferior a la tensión nominal de la batería si la determinación del estado de carga se realiza durante una fase de descarga y superior a la tensión 25 nominal si se realiza la determinación durante una fase de carga. La aplicación de una tensión de prueba constante provoca una variación de corriente 1 resultante en la batería. Tal como se ilustra en la figura 5, que corresponde a una fase de descarga, la corriente 1 aumenta 30 durante el período de prueba. Al final de período de prueba, se mide la corriente 1 resultante. Esta corriente medida al final del período de prueba es utilizada para determinar el estado de carga de la batería a partir de una curva de calibración que, previamente obtenida a 35

partir de al menos una batería patrón, proporciona (figura 6) la relación entre la corriente medida al final del período de prueba (descargada o cargada a tensión constante) y el estado de carga de la batería. Así, la curva de calibración se puede calcularse, a partir de al 5 menos una batería patrón, mediante medición del valor de la corriente al final de un período de prueba a tensión constante, para una pluralidad de valores de estado de carga conocidos de la batería patrón.

La curva de calibración, ilustrada en la figura 6, 10 se ha obtenido, por ejemplo, a partir de dos elementos de baterías patrón, por medición de la corriente al final del período de prueba a tensión constante, para diferentes estados de carga y con varios regímenes de descarga. Se puede obtener una curva de calibración, análogamente, para 15 la determinación del estado de carga en el transcurso de una carga a corriente constante. La reproducibilidad de la medición es fiable, pues la desviación típica obtenida es inferior al 5 %.

A modo de ejemplo, el procedimiento anteriormente 20 descrito se ha utilizado para una batería de tipo LiFePO4/LiC6 de una capacidad de 1,4 Ah, durante una fase de descarga de esta batería a corriente constante. La figura 3 representa la evolución de la tensión en función de la tasa de descarga durante la cual se efectúa una 25 determinación del estado de carga. La figura 4 ilustra en detalle el comportamiento de la tensión de la batería en función del tiempo durante...

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento de determinación del estado de carga de una batería, que tiene una tensión nominal predeterminada, que comprende una fase de carga o de 5 descarga de la batería a corriente constante, caracterizado porque comprende, en el transcurso de dicha fase, las siguientes etapas sucesivas:

- la puesta en circuito abierto de la batería durante un período de reposo (t1-t2), 10

- la aplicación de una tensión de prueba, constante, en bornes de la batería durante un período de prueba predeterminado (t2-t3),

- la medición de la corriente al final del período de prueba, 15

- la determinación del estado de carga correspondiente a dicha corriente medida al final del período de prueba por medio de una curva de calibración.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, 20 caracterizado porque estando la batería en fase de descarga, la tensión de prueba es inferior a la tensión nominal de la batería.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, 25 caracterizado porque estando la batería en fase de carga, la tensión de prueba es superior a la tensión nominal de la batería.

4. Procedimiento según una cualquiera de las 30 reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la duración del período de reposo (t1-t2) es mayor o igual que 30 segundos.

5. Procedimiento según una cualquiera de las 35

reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el período de prueba es menor o igual que 30 segundos.

6. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la curva de 5 calibración se calcula, a partir de al menos una batería patrón, mediante medición del valor de la corriente al final de un período de prueba a tensión constante, para una pluralidad de valores de estado de carga conocidos de la batería patrón. 10