Procedimiento para la valoración de la aptitud para el uso de una batería acumuladora en caso desolicitación eléctrica de la batería acumuladora,

caracterizado porque se asigna a la batería acumuladora un valorde aptitud para el uso SOH que se refiere a un estado operativo hi 5 potético actualmente no existente de la bateríaacumuladora, el cual se diferencia del estado operativo actual al menos en el estado de carga SOC o en latemperatura T, en el que

a) se mide o estima la resistencia interna, el estado de carga, la tensión en circuito abierto y latemperatura de la batería acumuladora,

b) los valores así obtenidos se utilizan para calcular o estimar la tensión en circuito abierto de la bateríaacumuladora,

c) se realiza una corrección de la tensión en circuito abierto Uo y de la resistencia interna Ri encorrespondencia con las relaciones funcionales Uo(SOC, T) y Ri (SOC, T) almacenadas en un módulo dememoria en relación con el estado operativo (SOC, T) hipotético,

d) a partir de ello se calcula una respuesta de tensión U(t) a un perfil de carga de corriente l(t) o un perfilde carga de potencia P(t),

e) a partir de ello se determina el valor de aptitud para el uso SOH de la batería,

f) asignándose a la batería acumuladora el valor de aptitud para el uso SOH que se mide basándose enla diferencia entre el valor de tensión mínimo Umín o el valor de tensión máximo Umáx de la respuesta detensión U(t) y un valor límite de tensión U1, siendo el valor límite de tensión U1 un valor de tensión que, encaso de una batería acumuladora que vaya a catalogarse como apta para el uso, en ningún instante t de lacarga de corriente o la carga de potencia de la respuesta de tensión U(t) debe quedar sin alcanzarse encaso del valor de tensión mínimo Umín o debe superarse en el caso del valor de tensión máximo Umáx.

Procedimiento para la valoración de la aptitud para el uso de una batería acumuladora en caso de carga eléctrica de la batería acumuladora

La invención se refiere a un procedimiento para valorar la aptitud para el uso de una batería acumuladora en caso de carga eléctrica de la batería acumuladora.

Para el usuario de baterías es especialmente importante conocer el estado de carga y la capacidad de carga a alta

intensidad de corriente de las baterías. Por ejemplo, para la capacidad de una batería de arranque de arrancar un vehículo con un motor de combustión interna es determinante el estado de carga y el estado de envejecimiento o el deterioro de la capacidad que se muestra dado que, con ello, se limita la intensidad de corriente que puede extraerse de la batería o su emisión de potencia. Resulta especialmente importante la determinación del estado de carga o la capacidad de arranque de una batería en los casos en los que, por ejemplo, se presenta un

funcionamiento intermitente del motor dado que entonces, en los periodos de tiempo de inactividad del motor, la red de a bordo del vehículo con sus consumidores está operativa adicionalmente, aunque el generador no genera corriente. La supervisión del estado de carga y la capacidad de arranque de la batería debe garantizar en estos casos que el contenido de energía de la batería siempre se mantenga suficiente para arrancar el motor.

Para medir el estado de carga de acumuladores se conocen los más diversos procedimientos. En muchos casos se utilizan dispositivos de medición integradores (contadores de amperios/hora) , teniéndose en cuenta la corriente de carga, dado el caso, realizando la valoración con un factor de carga fijo. Dado que la capacidad útil de una batería depende intensamente de la magnitud de la corriente de descarga y la temperatura, con este tipo de procedimientos no puede predecirse de forma satisfactoria la capacidad útil que aún puede extraerse de la batería.

Del documento DE-PS 2242510 se conoce, por ejemplo, en el caso de un procedimiento para la medición del estado de carga, valorar la corriente de carga con un factor que depende en sí mismo de la temperatura y del estado de carga de la batería.

Del documento DE-OS 4007883 se desprende un procedimiento en el que se determina la capacidad de arranque de un acumulador mediante la medición de la tensión de acumulador y la temperatura de la batería y la comparación con un grupo de curvas de estado de carga válidas para el tipo de batería que va a comprobarse.

Del documento DE-OS 19543874 se desprende un procedimiento de cálculo para la característica de descarga y la

medición de la capacidad restante de una batería, en el que también se mide la corriente, la tensión y la temperatura, aproximándose la característica de descarga mediante una función matemática con superficie curva.

En el documento JP 11 014719 se da a conocer un procedimiento para analizar un acumulador de iones de litio en el que se mide la tensión en los bornes tras la descarga durante un intervalo de tiempo fijado. Se determina la

diferencia de un valor de tensión durante la descarga de una batería de referencia no usada durante un determinado intervalo de tiempo y la tensión en los bornes de la batería analizada tras la descarga durante un determinado intervalo de tiempo y, a partir de ello, se calcula la vida útil del acumulador.

En el documento EP 0 004 382 A1 se describe un procedimiento para la indicación continua de la calidad de una

45 batería que se carga con cortos impulsos de corriente de descarga que se repiten regularmente. Se mide el valor de tensión de la batería que se ajusta con un impulso de corriente de descarga y se almacena hasta que se presente la siguiente corriente de descarga para indicar la diferencia entre el valor de tensión de la batería y un valor de tensión mínimo predeterminado como medida de la calidad de la batería.

50 El documento DE-PS 3901680 describe un procedimiento para supervisar una capacidad de arranque en frío de una batería de arranque, en el que la batería de arranque se carga durante cierto tiempo con una resistencia, se mide la tensión que desciende en la resistencia y, a partir de ello, en comparación con valores empíricos, se determina si la capacidad de arranque en frío de la batería aún es suficiente. En este caso, para la carga de la batería de arranque sirve el proceso de puesta en marcha del motor.

55 Finalmente, del documento DE-OS 4339568 se desprende un procedimiento para determinar el estado de carga de una batería de arranque de un vehículo, en el que se miden la corriente de la batería y la tensión en circuito abierto y, a partir de estos valores, se deriva el estado de carga, teniéndose en cuenta adicionalmente también la temperatura de la batería. En este caso, las corrientes de carga medidas durante diferentes intervalos de tiempo se

comparan entre sí y se calcula a partir de ello una capacidad restante.

No obstante, la determinación del estado de carga no siempre es suficiente, en especial, debe considerarse aquí, por ejemplo, que, en caso de una batería muy envejecida, a pesar de un estado de carga suficiente, durante la carga la tensión desciende bruscamente y, con ello, no se garantiza la aptitud para el uso de la batería.

El objetivo de la invención es calcular una magnitud característica de la batería que se derive de la comprobación del estado de carga, a partir de la cual pueda extraerse una conclusión sobre la aptitud para el uso de la batería.

Este objetivo se alcanza, en el caso de un procedimiento del tipo indicado al principio, gracias a las características indicadas en la parte caracterizadora de la reivindicación 1. En las reivindicaciones secundarias se indican configuraciones ventajosas de este procedimiento.

Un procedimiento a título de ejemplo determina la aptitud para el uso SOH (state of health, estado de salud) de una batería acumuladora eléctrica para un caso de aplicación especial como una función con intervalo de valores constante, obteniéndose el valor determinado mediante la comparación de la tensión de la batería acumuladora durante la carga con un perfil de carga concreto con un valor límite para esta tensión así como, dado el caso, con un valor teórico (valor nuevo) .

Una cuantificación gradual de la aptitud para el uso con un intervalo de valores constante de un valor de aptitud para el uso SOH sobrepasa una predicción meramente binaria

- la eficacia aún es suficiente para desempeñar una función determinada por el funcionamiento, o

- la eficacia ya no es suficiente.

La determinación continua de este valor constante de aptitud para el uso y la observación de la variación temporal de su valor permiten además el uso de procedimientos matemáticos tales como la formación de valores medios, la diferenciación temporal, la determinación de puntos de inflexión, el cálculo de tendencias, etc., lo cual no es posible en el caso de una predicción discreta acerca de la disponibilidad de una batería acumuladora.

El procedimiento según la invención no valora la aptitud para el uso de una batería acumuladora eléctrica de forma global, sino de forma concreta para un caso de aplicación especial. Una batería acumuladora puede ya no ser adecuada (es decir, se ha alcanzado el final de su vida útil) para un uso exigente con un elevado requisito de potencia o con requisitos de potencia en condiciones operativas desfavorables (por ejemplo, bajas temperaturas o bajo estado de carga) , mientras que aún es totalmente adecuada para aplicaciones menos exigentes. Esta consideración diferenciada de la aptitud para el uso garantiza la función correspondiente y, al mismo tiempo, notifica un intercambio prematura y, con ello, innecesario, de la batería acumuladora.

Una aplicación típica de las baterías acumuladoras es la carga hipotética con una corriente eléctrica l (t) o una potencia eléctrica P (t) , pudiendo actuar la carga o bien en la dirección de carga o bien en la dirección de descarga, o incluso puede comprender las dos direcciones de corriente, y su valor es una función del tiempo. Este perfil de carga l (t) o P (t) característico para el caso de aplicación concreto se utiliza, según la invención, como criterio... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la valoración de la aptitud para el uso de una batería acumuladora en caso de solicitación eléctrica de la batería acumuladora, caracterizado porque se asigna a la batería acumuladora un valor de aptitud para el uso SOH que se refiere a un estado operativo hipotético actualmente no existente de la batería acumuladora, el cual se diferencia del estado operativo actual al menos en el estado de carga SOC o en la temperatura T, en el que

a) se mide o estima la resistencia interna, el estado de carga, la tensión en circuito abierto y la temperatura de la batería acumuladora, b) los valores así obtenidos se utilizan para calcular o estimar la tensión en circuito abierto de la batería acumuladora, c) se realiza una corrección de la tensión en circuito abierto Uo y de la resistencia interna Ri en correspondencia con las relaciones funcionales Uo (SOC, T) y Ri (SOC, T) almacenadas en un módulo de memoria en relación con el estado operativo (SOC, T) hipotético, d) a partir de ello se calcula una respuesta de tensión U (t) a un perfil de carga de corriente l (t) o un perfil de carga de potencia P (t) , e) a partir de ello se determina el valor de aptitud para el uso SOH de la batería, f) asignándose a la batería acumuladora el valor de aptitud para el uso SOH que se mide basándose en la diferencia entre el valor de tensión mínimo Umín o el valor de tensión máximo Umáx de la respuesta de tensión U (t) y un valor límite de tensión U1, siendo el valor límite de tensión U1 un valor de tensión que, en caso de una batería acumuladora que vaya a catalogarse como apta para el uso, en ningún instante t de la carga de corriente o la carga de potencia de la respuesta de tensión U (t) debe quedar sin alcanzarse en caso del valor de tensión mínimo Umín o debe superarse en el caso del valor de tensión máximo Umáx.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se asigna a la batería acumuladora el valor de aptitud para el uso SOH = 0 % si el valor límite de tensión U1 de la respuesta de tensión U (t) se alcanza al menos en un instante t1, pero este valor límite de tensión U1 nunca queda sin alcanzarse en el caso del valor de tensión mínima Umín o nunca se supera en el caso del valor de tensión máximo Umáx, y se asigna a una batería acumuladora el valor de aptitud para el uso SOH = 100 % si, en el caso del valor de tensión mínimo Umín, este es igual, durante la carga de corriente o la carga de potencia, al valor de tensión mínimo Umín* o, en el caso del valor de tensión máximo Umáx, este es igual, durante la carga de corriente o la carga de potencia, al valor de tensión máximo Umáx*, que se obtiene solicitando una batería acumuladora nueva, típica y adecuada para este uso.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque se asigna a una batería acumuladora el valor de aptitud para el uso SOH < 0 % si el valor límite de tensión U1 queda sin alcanzarse al menos un instante en el caso del valor de tensión mínimo Umín, o se supera en el caso del valor de tensión máximo Umáx, y se asigna el valor de aptitud para el uso SOH > 100 % si, en el caso del valor de tensión mínimo Umín, durante la carga de corriente o la carga de potencia, este valor es mayor que el valor de tensión Umín* o, en el caso del valor de tensión máximo Umáx, durante la carga de corriente o la carga de potencia, este valor es menor que el valor de tensión Umáx*, que se obtiene solicitando una batería acumuladora nueva, típica y adecuada para este uso.

4. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque se asigna a una batería acumuladora el valor de aptitud para el uso SOH que se obtiene según la siguiente fórmula:

SOH = (Umín –U1) / (Umín* - U1)

o

SOH = (Umáx – U1) / (Umáx* - U1) ,

donde (Umín* - U1) o (Umáx* - U1) es un valor teórico que se obtiene del comportamiento de una batería acumuladora típica y adecuada para este uso.

5. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque se asigna a una batería acumuladora un valor de aptitud para el uso SOH que se obtiene mediante el cálculo del valor de tensión mínimo Umín o el valor de tensión máximo Umáx a partir de valores previamente medidos, calculados o estimados de una o varias de las magnitudes tensión en circuito abierto de la batería Uo, estado de carga de la batería SOC, temperatura de la batería T, resistencia de la batería Ri.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque para el cálculo del valor de tensión mínimo se utiliza la relación

Umín = mínimo {U (t) } 5 con

U (t) = Uo (SOC, T) + Ri (SOC, T) x l (t) ,

utilizándose como perfil de carga un perfil de corriente l (t) .

7. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque para el cálculo del valor de tensión mínimo Umín se utiliza la relación

Umín = mínimo {U (t) } con

Uo (SOC, T ) (Uo (SOC, T ) ) 2

U (t) =+ _ Ri (SOC, T ) xP (t) ,

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utilizándose como perfil de carga un perfil de potencia P (t) .