PROCEDIMIENTO DE ESTIMACIÓN DEL ESTADO DE CARGA DE UNA BATERÍA.

Un procedimiento de estimación del estado de carga de una batería alcalina que tiene una capacidad nominal de la batería Cn predeterminada y que comprende un electrodo de referencia y una placa positiva de NiOOH,

comprendiendo dicho procedimiento:

- medir el voltaje entre dicha placa positiva y dicho electrodo de referencia, siendo dicho voltaje representativo del potencial de la placa positiva V+,

- y estimar el estado de carga (SOC) como una función de dicho potencial de la placa positiva y de la corriente de la batería, procedimiento caracterizado porque comprende:

- medir simultáneamente la corriente de la batería I, el potencial de la placa positiva V+ y la temperatura T en un terminal de la batería,

- determinar un valor de temperatura compensada Vc+ del potencial de la placa positiva como una función de los valores de potencial de la placa positiva V+ medidos, de la corriente I, de la temperatura T y de la capacidad nominal de la batería Cn,

- teniendo en cuenta dicha estimación del estado de carga el valor de temperatura compensada Vc+ del potencial de la placa positiva.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/IB2008/002393.

Solicitante: COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: BATIMENT "LE PONANT D" 25, RUE LEBLANC 75015 PARIS FRANCIA.

Inventor/es: KIRCHEV,Angel,Zhivkov.

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 7 de Mayo de 2008.

Clasificación PCT:

  • G01R31/36 SECCION G — FISICA.G01 METROLOGIA; ENSAYOS.G01R MEDIDA DE VARIABLES ELECTRICAS; MEDIDA DE VARIABLES MAGNETICAS (indicación de la sintonización de circuitos resonantes H03J 3/12). › G01R 31/00 Dispositivos para verificar propiedades eléctricas; Dispositivos para la localización de fallos eléctricos; Disposiciones para el ensayo eléctrico caracterizados por lo que es probado, no previstos en otro lugar (ensayo o medida de dispositivos semiconductores o de estado sólido, durante la fabricación H01L 21/66; Ensayo de los sistemas de transmisión por líneas H04B 3/46). › Aparatos para el ensayo del estado eléctrico de acumuladores o baterías, p. ej. de la capacidad o de las condiciones de carga (acumuladores combinados con dispositivos de medida, ensayo o indicación de estado H01M 10/48).
  • H01M10/48 SECCION H — ELECTRICIDAD.H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS.H01M PROCEDIMIENTOS O MEDIOS, p. ej., BATERIAS, PARA LA CONVERSION DIRECTA DE LA ENERGIA QUIMICA EN ENERGIA ELECTRICA. › H01M 10/00 Celdas secundarias; Su fabricación. › Acumuladores combinados con dispositivos de medida, ensayo o indicación de estado, p. ej. del nivel o de la densidad del electrolito (indicación o medida del nivel de un líquido en general G01F 23/00; medida de la densidad G01N, p. ej. G01N 9/00; medida de valores eléctricos G01R).

Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia, Ex República Yugoslava de Macedonia, Albania, Bosnia y Herzegovina, Bulgaria, República Checa, Estonia, Croacia, Hungría, Islandia, Noruega, Polonia, Eslovaquia, Turquía, Malta, Serbia.

PDF original: ES-2372899_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Procedimiento de estimación del estado de carga de una batería Antecedentes de la invención La invención se refiere a un procedimiento de estimación del estado de carga de una batería alcalina que tiene una capacidad nominal de la batería predeterminada y que comprende una referencia integrada y una placa positiva de NiOOH, comprendiendo dicho procedimiento: - medir el voltaje entre dicha placa positiva y dicho electrodo de referencia, siendo dicho voltaje representativo del potencial de la placa positiva V+. - y estimar el estado de carga como una función de dicho potencial de la placa positiva y de la corriente de la batería. Estado de la técnica El estado de carga (SOC) de una batería normalmente se refiere a la capacidad electroquímica (en Ah o en % de un 20 valor de capacidad de referencia) de la batería disponible por una descarga en condiciones predeterminadas en cuanto a la corriente de descarga, la temperatura, el límite de voltaje, etc. La estimación e indicación del SOC es un requisito importante en cada sistema que usa almacenamiento electroquímico de energía. El SOC también puede estimarse basándose en mediciones simples del voltaje en los terminales de la batería y del 25 flujo de corriente, por ejemplo tal como se desvela en la patente de EE.UU. nº 4.949.046. Un sensor de corriente detecta el flujo de corriente dentro y fuera de la batería y proporciona una salida indicativa tanto de la magnitud como la dirección del flujo de corriente. Un sensor de voltaje indica si la batería está totalmente cargada o totalmente descargada. Los sensores de corriente y voltaje, así como un sensor de temperatura, se conectan a un microprocesador. El microprocesador usa tablas de consulta almacenadas en una memoria para determinar el 30 estado de carga de la batería. La tabla de consulta está limitada a un tipo dado de batería porque tiene en cuenta el voltaje de la batería y no el potencial de la placa positiva. Sin embargo, el uso del voltaje para estimar el estado de carga de una batería conduce a errores debido a la incertidumbre de la eficiencia de carga. Esto se ilustra en la figura 1 que muestra la evolución del potencial de la placa positiva V+ (curva A) y del potencial de la placa negativa V- (curva B) según el tiempo, tanto durante la descarga como la carga de una célula de de Ni-Cd de 45Ah con electrodos de Ni de placa de alvéolos para aplicaciones solares. La patente de EE.UU. nº 3.781.657 desvela un procedimiento para determinar e indicar el estado de carga de una 40 batería de níquel-cadmio que tiene un electrodo positivo de hidróxido de níquel y un electrodo negativo de cadmio. La batería también comprende un electrodo de referencia y el potencial del electrodo positivo con respecto al electrodo de referencia se mide para una corriente de descarga fija predeterminada. La variación en la dirección negativa de este potencial es una indicación del estado de carga de la batería. Esta determinación del estado de carga se obtiene sólo durante la descarga de una batería totalmente cargada. Objeto de la invención   El objeto de la invención es superar los inconvenientes de los procedimientos conocidos para estimación del estado de carga de una batería alcalina y, más particularmente, aumentar la exactitud de esta estimación. Según la invención, este objeto se logra por un procedimiento según la reivindicación 1. Breve descripción de los dibujos 55 Otras ventajas y características resultarán evidentes más claramente a partir de la siguiente descripción de realizaciones particulares de la invención dadas únicamente como ejemplos no restrictivos y representadas en los dibujos adjuntos, en los que: La figura 1 muestra la evolución del potencial de la placa positiva (V+) y del potencial de la placa negativa (V-) 2 durante una descarga y una carga consecutiva. La figura 2 ilustra esquemáticamente una batería con una unidad de gestión. Las figuras 3 y 4 ilustran la variación del potencial de la placa positiva (V+) frente al estado de carga (SOC) respectivamente en diferentes estados de descarga y carga. La figura 5 ilustra la variación del potencial de la placa positiva (V+) frente al índice de descarga, para varios valores del estado de carga. La figura 6 ilustra la variación de la corriente de evolución del oxígeno frente al potencial de la placa positiva a 22ºC. Descripción de realizaciones particulares La batería alcalina tiene una capacidad nominal de la batería Cn predeterminada y comprende un electrodo de referencia, preferentemente un electrodo de referencia de contacto líquido integrado, una placa positiva de NiOOH y una placa negativa que puede estar hecha de diferentes materiales como metal híbrido, Cd, Zn, Fe, etc. 15 La batería puede comprender una o más células conectadas entre sí, estando el electrodo de referencia integrado preferentemente tan cerca de la placa positiva como sea posible.   La estimación del estado de carga (SOC) usa la correlación existente entre el SOC de la placa positiva, el potencial de la placa positiva y la corriente que circula a través de la batería. El procedimiento de estimación del estado de carga de una batería alcalina comprende la medición del voltaje entre dicha placa positiva y dicho electrodo de referencia. El voltaje medido es representativo del potencial de la placa positiva V+, que es igual a la diferencia de voltaje entre la placa positiva y el electrodo de referencia integrado. El electrodo de referencia puede ser de cualquier clase adecuada para mediciones a largo plazo en soluciones alcalinas Ag/Ag2O, Hg/HgO, etc. La estimación del SOC es función de dicho potencial de la placa positiva V+ y de la corriente de la batería I. En primer lugar, se miden simultáneamente el potencial de la placa positiva V+, la temperatura T en un terminal de la batería y la corriente I. Luego, se determina un valor de temperatura compensada Vc+ del potencial de la placa positiva como una función de los valores de potencial de la placa positiva V+ medidos, de la corriente I, de la temperatura T y de la capacidad nominal de la batería Cn. Por último, la estimación del estado de carga tiene en cuenta el valor de temperatura compensada Vc+ del potencial de la placa positiva. El valor de temperatura compensada Vc+ del potencial de la placa positiva viene dado preferentemente por: en donde Vc+=V++(T-T0)xktSOC (1) - T0 es un valor de temperatura de referencia predeterminado, - ktSOC es un coeficiente de temperatura del potencial de la placa positiva y - T es la temperatura medida en el terminal de la batería. El coeficiente de temperatura ktSOC es función del índice de carga o descarga. El índice se expresa en horas y corresponde a la proporción Cn/l entre la batería de capacidad nominal Cn (en Ah) y el valor de corriente medido I. Los diferentes valores de ktSOC que corresponden a los diferentes índices de carga y descarga se determinan durante un procedimiento de calibración previo y estos valores pueden almacenarse en una tabla de búsqueda correspondiente. Después de la determinación del coeficiente de temperatura, el valor compensado Vc+ del potencial de la placa positiva puede determinarse así fácilmente usando la ecuación (1). Luego, puede estimarse el estado de carga SOC(Vc+ índice) al tener en cuenta el valor de Vc+ en lugar del valor de Vc en una función SOC (Vc+, índice) previamente obtenida durante el procedimiento de calibración. Esta función SOC (V+, índice) puede establecerse bajo la forma de una pluralidad de valores almacenados en una primera tabla de consulta. Tal como se muestra en la figura 2, la batería comprende preferentemente una unidad de gestión de batería autónoma. La unidad de gestión comprende un circuito de procesamiento 1 conectado a un sensor de corriente 2 (conectado al terminal positivo de la batería 3 en la figura 2), a un sensor de temperatura 4, en contacto con uno de 3 los terminales de la batería (el terminal positivo 3 en la figura 2) para medir la temperatura de dicho terminal de la batería. El circuito de procesamiento 2 además está conectado al electrodo de referencia 5 y al terminal positivo 3 para medir la diferencia de voltaje entre estos dos puntos, es decir, el potencial de la placa positiva V+. El sensor de corriente 2 puede ser una resistencia en derivación o un amperímetro conectado en serie con el terminal positivo de la batería 3. El circuito de procesamiento 1 comprende preferentemente una memoria (no representada) en la que se almacenan las diferentes tablas de consulta y la capacidad nominal de la batería Cn conocida. El sistema de gestión de batería puede ser alimentado por su propia fuente de energía o, tal como se representa en la figura 2, por la propia batería por medio de entradas de alimentación conectadas respectivamente a los terminales positivo y negativo de la batería. Tal como se muestra en... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un procedimiento de estimación del estado de carga de una batería alcalina que tiene una capacidad nominal de la batería Cn predeterminada y que comprende un electrodo de referencia y una placa positiva de NiOOH, comprendiendo dicho procedimiento: - medir el voltaje entre dicha placa positiva y dicho electrodo de referencia, siendo dicho voltaje representativo del potencial de la placa positiva V+, 10 - y estimar el estado de carga (SOC) como una función de dicho potencial de la placa positiva y de la corriente de la batería, procedimiento caracterizado porque comprende: 15 - medir simultáneamente la corriente de la batería I, el potencial de la placa positiva V+ y la temperatura T en un terminal de la batería, - determinar un valor de temperatura compensada Vc+ del potencial de la placa positiva como una función de los valores de potencial de la placa positiva V+ medidos, de la corriente I, de la temperatura T y de la capacidad nominal de la batería Cn, - teniendo en cuenta dicha estimación del estado de carga el valor de temperatura compensada Vc+ del potencial de la placa positiva. 25 2. El procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha determinación del valor de temperatura compensada Vc+ del potencial de la placa positiva comprende las siguientes etapas: - determinar un coeficiente de temperatura ktSOC que corresponde a al menos un índice de carga o descarga, 30 - calcular el valor compensado Vc+ del potencial de la placa positiva según Vc+ = V+ + (T-T0) x kiSOC, en donde T0 es una temperatura de referencia predeterminada.   3. El procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque la estimación del estado de carga se obtiene por medio de una primera tabla de consulta establecida previamente durante un procedimiento de calibración y que ofrece una correspondencia entre el SOC y el potencial de la placa positiva para diversos índices de carga y descarga. 4. El procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado porque el procedimiento de calibración se realiza a la temperatura de referencia T0. 5. El procedimiento según una de las reivindicaciones 3 y 4, caracterizado porque, para un índice de carga o descarga dado, los valores del estado de carga de la primera tabla de consulta se calculan por integración de la corriente de carga o descarga durante un intervalo de tiempo necesario para obtener un valor de V+ predeterminado y a una normalización por la capacidad de descarga Cd de la batería. 6. El procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque los valores de corriente de carga medidos son corregidos para tener en cuenta la influencia de la evolución de oxígeno sobre el potencial de la placa positiva. 50 7. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 6, caracterizado porque dicho coeficiente de temperatura se determina basándose en una estimación del estado de carga durante los procedimientos de calibración a diferentes temperaturas (T1, T2). 8   9     11

 

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