電池壽命估計的制作方法

專利名稱：電池壽命估計的制作方法
電池壽命估計交叉引用本申請要求于2009年3月24日提交的名稱為“BATTERY LIFEESTIMATION(電池壽命估計)”的共同待決的美國非臨時申請第12/410，404號(代理人案卷號 026808-004900US)的權益，其在此基于所有目的以引用方式明確地全文并入。背景基于電池的不間斷電源(UPS)中的電池的容量根據多種因素發生變化，包括溫度、使用期和負載。當電池老化時，一旦電池的容量下降至低于期望的容量(例如運行時間)，那么優選更換電池。優選地，電池在它們遭到削減的容量影響UPS的期望的操作，例如通過依賴于具有不期望低的運行時間的電池，使得UPS不能夠在期望的時間量內向負載提供后備電源之前被更換。為了確定電池的容量已經被削減到超過在依賴于向負載供電之前的期望值的時間，可以對電池進行定期測試。以前，確定UPS的電池容量涉及使用電池向負載供電，以顯著地或完全地使電池放電，以確定電池的容量。這可能耗費長時間(例如4小時)并且在電池被顯著地或完全地耗盡時，UPS不能夠提供期望的/足夠的后備電源。經常，這種類型的耗盡測試不頻繁地進行，并且導致電池在容量已經退化至不可接受的水平之后很長時間才報告需要更換。在諸如UPS的電源中，這是不可接受的。以前，做出電池應當考慮被更換或應當被進行放電測試以驗證其實際容量的決定的時間主要基于或僅僅基于電池使用期，這忽略了影響使用期的其他因素并且可以導致任何過早的或過遲的電池更換。概述根據本公開內容的估計電池壽命的示例性方法包括監測電池在第一時間段期間的充電特性，監測電池的操作條件，基于電池的操作條件、充電特性以及第一時間段的持續時間來確定第一時間段的第一電池壽命值，使用第一電池壽命值和第二時間段的第二電池壽命值來確定總電池壽命值，并且基于總電池壽命值來估計電池的剩余電池壽命。這樣的方法的實施方案可以包括下文的特征中的一個或多個。當第一時間段是浮充時間段時，操作條件可以是電池的操作溫度，充電特性可以是施加于電池的浮充電壓，并且方法可以包括基于第一時間段的持續時間、電池在第一時間段期間的操作溫度以及浮充電壓來確定第一電池壽命值。方法可以包括通過確定浮充壽命貢獻并且依比例縮放浮充壽命貢獻以計及電池在操作溫度進行的化學反應的速率，來確定第一電池壽命值。方法可以包括調整所施加的浮充電壓的電平以補償電池的操作溫度，并且確定第一電池壽命值可以包括確定浮充壽命貢獻并且依比例縮放浮充壽命貢獻以計及第一時間段期間施加的所調整的浮充電壓電平。當第一時間段是浮充時間段，電池的操作條件是電池在第一時間段之前的第三時間段中的放電期間的放電，并且充電特性是施加于電池的浮充電壓時，方法可以包括監測電池在第三時間段期間的放電，并且確定電池在第三時間段期間放電的放電速率，并且確定第一電池壽命值可以包括基于浮充電壓以及第一時間段的持續時間來確定浮充壽命貢獻并且依比例縮放浮充壽命貢獻以計及電池在第三時間段期間以放電速率進行放電。方法可以包括基于第三時間段超前于第一時間段的時間量來降低依比例縮放對浮充
5壽命貢獻的影響。當浮充壽命值是總電池壽命的漸減量時，依比例縮放浮充壽命漸減量可以包括將比例因子施用于浮充壽命漸減量，其中，在第一放電速率低于第二放電速率時，用于第一放電速率的第一比例因子產生的第一時間段的依比例縮放的浮充壽命漸減量小于用于第二放電速率的第二比例因子產生的第一時間段的依比例縮放的浮充壽命漸減量。當第一時間段是放電時期時，方法可以包括監測電池在放電時期期間的放電，確定電池在放電時期內的放電速率和/或放電深度，基于放電速率和/或放電深度來確定估計的放電循環次數，并且通過基于估計的放電循環次數確定用于第一時間段的循環壽命貢獻來確定第一電池壽命值。方法可以包括通過進行健康狀態測試來確定電池的容量，并且基于所確定的容量來調整剩余電池壽命。根據本公開內容的用于估計電池壽命的示例性裝置包括電池監測器，其被配置為監測電池在第一時間段期間的充電特性；壽命值模塊，其被耦合于電池監測器并且被配置為監測電池的操作條件，基于電池的操作條件、充電特性以及第一時間段的持續時間來確定第一時間段的第一電池壽命值，并且使用第一電池壽命值和第二時間段的第二電池壽命值來確定總電池壽命值；以及剩余壽命模塊，其被耦合于壽命值模塊并且被配置為基于總電池壽命值來估計電池的剩余電池壽命。這樣的用于估計電池壽命的裝置的實施方案可以包括下文的特征中的一個或多個。當第一時間段是浮充時間段并且壽命值模塊是浮充壽命值模塊時，電池監測器可以被配置為監測在第一時間段期間施加于電池的浮充電壓，并且浮充壽命值模塊可以被配置為監測電池的操作溫度并且基于第一時間段的持續時間、電池的在第一時間段期間的操作溫度以及浮充電壓確定第一電池壽命值。浮充壽命值模塊可以被配置為通過確定浮充壽命貢獻并且依比例縮放浮充壽命貢獻以計及電池在操作溫度進行的化學反應的速率，來確定第一電池壽命值。當施加的浮充電壓的電平被調整以補償電池的操作溫度時，浮充壽命值模塊可以被配置為通過確定浮充壽命貢獻并且依比例縮放浮充壽命貢獻以計及在第一時間段期間施加的所調整的浮充電壓電平，來確定第一電池壽命值。當第一時間段是浮充時間段并且壽命值模塊是浮充壽命值模塊時，電池模塊可以被配置為監測第一時間段期間施加于電池的浮充電壓，并且浮充壽命值模塊可以被配置為監測電池在第一時間段之前的第三時間段期間的放電，確定電池在第三時間段期間放電的放電速率，并且通過基于浮充電壓以及第一時間段的持續時間來確定浮充壽命貢獻并且依比例縮放浮充壽命貢獻以計及電池在第三時間段期間以放電速率進行放電，來確定第一電池壽命值。浮充壽命模塊可以被配置為基于第三時間段超前于第一時間段的時間量來降低依比例縮放對浮充壽命貢獻的影響。浮充壽命值可以是總電池壽命的漸減量并且浮充壽命模塊可以通過將比例因子施用于浮充壽命漸減量來依比例縮放浮充壽命漸減量，其中，在第一放電速率低于第二放電速率時，用于第一放電速率的第一比例因子產生的第一時間段的依比例縮放的浮充壽命漸減量小于用于第二放電速率的第二比例因子產生的第一時間段的依比例縮放的浮充壽命漸減量。當第一時間段是放電時期并且壽命值模塊是循環壽命值模塊時，電池監測器可以監測電池在放電時期期間的放電，并且循環壽命值模塊可以被配置為確定電池在放電時期內的放電速率和/或放電深度，基于放電速率和/或放電深度來確定估計的放電循環次數，并且通過基于估計的放電循環次數確定第一時間段的循環壽命貢獻來確定第一電池壽命值。 裝置可以包括被配置為通過進行健康狀態測試確定電池的容量的健康狀態模塊，并且剩余壽命模塊可以被配置為基于被確定的容量調整剩余電池壽命。根據本公開內容的用于估計電池壽命的另一個示例性裝置包括電池監測器，其被配置為監測在第一時間段期間施加于電池的浮充電壓并且監測電池的充電特性；浮充壽命值模塊，其被耦合于電池監測器并且被配置為監測電池的操作條件，并且基于電池的操作條件、浮充電壓以及第一時間段的持續時間來確定第一浮充壽命貢獻，并且使用第一浮充壽命貢獻和第二時間段的第二浮充壽命貢獻來確定總浮充壽命值；循環壽命值模塊，其被耦合于電池模塊并且被配置為確定電池在第三時間段內的放電速率和/或放電深度，基于放電速率和/或放電深度來確定估計的放電循環次數，基于估計的放電循環次數來確定第一時間段的第一循環壽命貢獻，并且使用第一循環壽命貢獻和第四時間段的第二循環壽命貢獻來確定總循環壽命值；以及剩余壽命模塊，其被耦合于浮充壽命值模塊和循環壽命值模塊并且被配置為基于總浮充壽命值和總循環壽命值來估計電池的剩余電池壽命。本文討論的各種實施方案可以提供下文的能力中的一種或多種。對何時電池應當被更換的估計可以被更有利地進行。操作溫度的變化可以在確定電池壽命時被考慮在內。 放電速率和/或放電深度可以在確定對電池壽命的影響時被考慮在內。附圖簡述

圖1是包括電池壽命估計系統的網絡化不間斷電源系統的框圖。圖2是圖1中的系統的不間斷電源、電力源和負載的框圖。圖3是電池壽命估計系統、電力源、外部電池和負載的實施方案的框圖。圖4是確定圖1-3的電池的剩余壽命的過程的流程圖。圖5是確定圖1-3的電池的剩余壽命的另一過程的流程圖。圖6是確定圖1-3的電池的剩余壽命的另一過程的流程圖。圖7是確定圖1-3的電池的剩余壽命的另一過程的流程圖。圖8是組合了圖5-7的過程要素的用于確定電池的剩余壽命的方法的實施方案的流程圖。圖9是圖8的過程的一部分的細節的流程圖。圖10是用于補償電池操作溫度的壽命乘子函數(life multiplierfunction)的圖。圖11是用于補償先前的放電事件的乘子函數的圖。圖12是示出了放電循環的預期次數對不同放電速率和放電深度的圖。圖13A是圖8的過程的另一部分的細節的流程圖。圖1 和13C是分別在圖13A 的過程的階段546和548處使用的圖。圖14是兩個相繼的放電/充電循環的圖。圖15是用于確定用于如圖14中所示的相繼的放電/充電循環的循環壽命貢獻的過程的實施方案的流程圖。在附圖中，相似的部件和/或特征可以具有相同的參考標記。此外，相同類型的各種部件可以通過在參考標記之后加破折號以及區別相似部件的第二標記來進行區別。如果僅第一參考標記被用在說明書中，那么該描述適用于具有相同的第一參考標記的相似部件中的任何一個，而不考慮第二參考標記。詳細描述
實施方案提供用于估計電池的剩余壽命的技術。例如，電池是不間斷電源(UPS) 的后備電源。在UPS中，電池周期性地經歷由電力故障、電力峰值以及其他異常的電力事件導致的放電事件。此外，電池在電池的整個壽命期間經常經歷再充電事件以及浮動充電事件。浮動充電也稱為涓流充電，用于通過施加產生充電電流以保持電池被充電的電壓來保持電池被充電。在放電和充電循環期間以及在浮動充電時間段期間監測電池的特性。在這些被監測的時間段期間也監測環境條件和/或操作條件。充電/放電循環和浮動充電事件中的每個可以以不同的方式影響電池的壽命。某些充電速率或放電速率可以比其他的對電池的壽命更有害。本文提供的技術估計電池所經歷的單個事件發生對電池的剩余壽命的影響。本技術考慮充電特性的影響以及電池所經歷的各種環境條件和/或操作條件的影響。 其他實施方案在本公開內容的范圍內。參照圖1，用于向負載M提供后備電源并且傳送電力狀態的系統10包括UPS 12、 網絡14、計算機16和計算機17。UPS 12被配置為向負載M供應來自電力源52，例如交流源，的主電力或來自在UPS 12內部的電池的電池電力。可選擇地，電力源52可以是與交流 /直流變換器組合的直流源。電力源52是電力的源，例如向輸出負載或負載組供應電力的設備或電力分配系統。電力源包括電力分配系統和其他一次能源或二次能源，例如電池、化學燃料電池、太陽能或風能系統、不間斷電源、發電機和交流發電機。UPS 12可以通過各種手段和協議，例如串行通信，與計算機16通信或直接與網絡 14通信。UPS 12可以向計算機16和網絡14提供有關UPS 12的信息，例如UPS的內部電池的狀態。UPS 12包括電池壽命估計系統60，電池壽命估計系統60用于估計UPS的內部電池的剩余壽命。UPS 12可以通過各種指示器，例如視覺指示器燈18和/或聽覺指示器揚聲器20，提供對壞的電池或有變壞危險的電池的指示，基于此來推薦更換。UPS 12還可以向計算機16發送指示電池需要更換或在不久后需要更換的信息，并且計算機16可以處理所接收的信息以在計算機16或連接于網絡14的任何其他設備，例如計算機17，提供指示。 可選擇地，UPS 12可以直接連接于網絡14以及連接于網絡14的任何其他設備。還參照圖2，UPS 12包括殼體21、電力輸入部22、電力輸出部24、電接口電路沈、 電池觀、處理器30、指示器32 (此處是燈18和揚聲器20)、電池監測器42、溫度傳感器46、 存儲器48、通信接口 56以及電池壽命估計子系統60-1。輸入部22被配置為連接于電力源 52，接收并且朝向電接口電路沈傳輸所接收的電力。電接口電路沈被配置為接收來自輸入部22的電力，接收來自電池觀的直流電，向輸出部M提供期望的交流(或直流)電，并且向電池觀提供充電電力，如被處理器30引導的。電接口電路沈可以或可以不在向輸出部M提供所接收的能量之前改變所接收的能量。處理器30被配置為控制轉換電路以調節向輸出部M提供的電力源。輸出部M被配置為連接于負載M并且向負載M轉移電力。 溫度傳感器46和電池監測器42分別被配置為測量電池28附近的溫度以及電池28所經歷的充電特性(例如放電、充電和浮動充電)，并且向處理器30提供該信息。處理器30還被配置為向指示器32發送信號，以控制燈18和揚聲器20的致動，以提供電池觀需要更換的指示。處理器30還可以在其自身和通信接口 56之間交換信息，例如，電池觀的狀態，例如好的、壞的，的指示、所估計的剩余壽命的指示等等。通信接口 56被配置為連接于計算機16 和/或網絡14并且向處理器30以及從處理器30轉送信號。電池壽命估計子系統60-1可以被處理器30控制或可以包括一個或多個耦合于處理器30的其他處理器。電池壽命估計子系統60-1包括剩余壽命模塊38、浮充壽命值模塊 39、循環壽命值模塊40以及健康狀態模塊41。電池壽命估計子系統60-1使用通過處理器 30從溫度傳感器46和電池監測器42接收的操作條件和充電/放電特性來估計電池的剩余壽命。操作條件包括環境條件，例如電池操作溫度。操作條件還包括電力異常事件，包括電力中斷、電壓起伏、電力峰值以及使UPS 12引起電池觀放電以向負載M供應電力的類似事件。放電特性包括放電速率(例如相對于電池安培-小時額定值的放電電流)、放電的持續時間、放電深度(例如相對于額定的安培-小時的放電的安培-小時百分比)以及電池電壓。充電特性包括充電電壓電平以及充電曲線，包括浮充電壓電平和持續時間、過電壓充電水平和持續時間、充電中止時期(charging disabled period)、最終浮充電流以及充電安培-小時。剩余壽命模塊38從包括浮充壽命值模塊39、循環壽命值模塊40和健康狀態模塊 41的其他模塊接收電池壽命值。從這些模塊接收的電池壽命值指示特定的事件對電池的剩余壽命的影響。通過使用下文描述的方法組合這些影響，剩余壽命模塊38可以估計電池的剩余壽命并且隨新的事件發生和操作條件變化保持更新該估計。兩個壽命值模塊監測可以影響電池壽命的不同類型的事件。浮充壽命值模塊監測浮動充電時期并且循環壽命模塊 40監測放電和充電循環事件。浮充壽命值模塊39估計電池的浮充充電對電池壽命的影響。已經意識到，在浮充充電時期期間被施加于電池的不同的電壓電平可以不同地影響電池的壽命。例如，測試已經顯示出，某些電池趨于以較低的電壓進行充電時具有較長的壽命。還已經意識到，操作溫度對電池的壽命具有影響。還已經意識到，當電池被放電，然后浮動充電被在后續的時間段施加于電池時，電池的壽命取決于之前的時間段中的放電速率。例如，電池的浮充壽命測試包括周期性放電，以確定電池的容量并且因此確定電池變壞的時間。已經發現，在某些情況下，如果電池在放電時期期間以較低的速率放電，那么可以預期電池具有較長的壽命。浮充壽命模塊39監測這些操作條件、浮動充電電壓和放電速率，并且使用下文描述的方法中的一種或多種來確定它們如何影響電池的壽命。循環壽命值模塊40估計放電和再充電循環對電池的剩余電池壽命的影響。電池的放電速率和/或電池的放電深度影響電池的剩余壽命。循環壽命值模塊使用從電池放電測試獲得的數據以基于放電速率和/或放電深度估計電池在壽命內可以經受得住的放電和再充電循環的預期次數(例如以百分比表示的放電深度，其中100%是電池額定安培-小時的完全放電)。通過以各種速率使電池放電和放電至各種放電深度，可以獲得電池在壽命內可以經受得住的預期放電次數的值。使用這些數據，循環壽命值模塊40可以確定給定的放電和再充電事件對電池的剩余壽命的影響。健康狀態模塊41用于給予關于電池的剩余電池壽命的后備指示。周期性地，電池可以被放電并且電池的容量可以被確定。例如，名稱為UPSBATTERY REPLACEMENT (UPS電池更換)的專利申請第11/759，890號描述了用于確定電池健康狀態的技術。健康狀態測量可以是不精確的，直到電池被實質上退化。當健康狀態測量更可靠時，它們被與其他電池壽命估計組合以改進剩余電池壽命估計的精確度。參照圖3，電池壽命估計系統60-2包括許多與圖2的UPS系統12相同的模塊，包括剩余壽命模塊38、浮充壽命值模塊39、循環壽命值模塊40、健康狀態模塊41、電池監測器42、存儲器48、電接口 26、處理器30、通信接口 56以及耦合于外部電力源52的輸入部22。 電接口電路26被耦合于外部充電器57，外部充電器57被連接于外部電池觀，外部電池28 被耦合于至負載M的電源。負載M可以是UPS或從電池觀獲取電力的任何其他電子設備。外部充電器57向電池供應電力以充電。外部充電器57可以被省略。電接口沈可以被配置為向外部電池觀供應電力以充電，或負載M可以供應電力以對電池進行充電。處理器30耦合于內部溫度傳感器46-1。優選地，溫度傳感器46-1緊鄰外部電池28，使得從溫度傳感器46-1獲得的溫度指示電池46-1的操作溫度。可選擇地，處理器30耦合于在電池觀的內部或附接于電池觀的溫度傳感器46-2。由電池壽命估計系統60-2的模塊執行的功能相似于上文關于圖2的包括內部電池壽命估計子系統60-1的UPS 12討論的那些。參照圖4，用于確定圖1-3的系統中的電池的剩余壽命的過程110包括所示的各階段。過程110僅是示例性的并且不作為限制。過程110可以被修改，例如通過加入、除去或重排列所示的階段。過程110是用于確定電池的剩余壽命的一般過程。示例性的計算的更多細節在下文參照圖5-7討論。在階段112，電池監測器42監測電池在第一時間段內的一個或多個充電和/或放電特性。充電/放電特性包括在浮充時間段期間被施加于電池的浮充電壓。充電/放電特性可以還包括放電事件的放電速率和放電深度。在某些實施方案中，電池壽命估計系統60的元件(例如電池監測器42和/或溫度傳感器46)位于智能電池模塊內。在智能電池模塊中的電池監測器42與處理器30之間具有通信，以通信溫度、電壓、電流等等。電池系統可以包括多個智能電池模塊，并且當可獲得充電/放電信息時，將電池壽命估計算法分別施用于每個電池模塊，不僅是整個電池系統。 單個電池模塊可以被分別監測和更換。在階段114，壽命值模塊中的一個或多個，即浮充壽命值模塊39或循環壽命值模塊40，監測電池的一種或多種操作條件。電池在階段114受到監測的操作條件取決于正在被監測的電池事件的類型。對于涉及浮充時間段的事件來說，操作條件可以是電池在浮充時間段期間的操作溫度，或在浮充時間段之前發生的放電事件。對于涉及放電循環的事件來說，操作條件是放電事件并且放電特性是放電事件的速率和深度。在階段116，壽命值模塊中的一個或多個確定電池在第一時間段期間經歷的第一電池壽命值。優選地，電池壽命值是由事件導致的電池壽命的漸減量的度量。電池壽命值計算基于事件的第一時間段的持續時間、電池經歷的操作條件以及電池在第一時間段期間經歷的充電或放電特性。用于確定不同的浮充壽命值和循環壽命值的細節在下文參照圖5-7 討論。在階段118，壽命值模塊中的一個或多個使用，例如使在階段116確定的第一電池壽命值與用于第二時間段，例如在第一時間段之前的第二時間段，的第二電池壽命值組合來確定總電池壽命值。優選地，對第一時間段的事件是浮動充電時間段的情形來說，第二電池壽命值包括由浮充壽命值模塊39確定的全部過去的浮充壽命漸減量。對于第一時間段的事件是放電循環的情形來說，第二電池壽命值包括全部過去的循環壽命漸減量。在階段120，剩余壽命值模塊38基于總電池壽命值估計剩余電池壽命。總電池壽命可以包括浮動充電時間段和放電循環時間段二者的影響。優選地，剩余電池壽命將電池壽命漸減量累積的速率以及所估計的電池總壽命考慮在內。例如，假定所估計的電池壽命是5年并且在階段116確定的第一電池壽命值指示電池壽命的20%已經在6個月內被用完，那么以該速率，電池將僅具有30個月或2. 5年的被估計的剩余壽命。這是簡單化形式， 但是指示了一種在階段120確定剩余壽命的方法。估計剩余電池壽命的其他方法的細節在下文討論。當在階段120估計剩余電池壽命時，過程110在階段122繼續，在階段122剩余壽命模塊38確定剩余壽命是否低于一個或多個閾值水平，例如警告水平和/或立即更換閾值水平。如果在階段122確定了電池壽命小于這些水平中的一個，那么過程110繼續至階段 124，在階段124剩余壽命模塊38向通信接口 56和/或指示器32傳送電池壽命信息。例如，指示器燈18可以閃爍，指示電池應當在不久后被更換的警告，或如果電池需要立即更換，持續地保持指示器燈18開啟。可選擇地，如果電池需要立即更換，那么揚聲器20可以發出警報。如果在階段122確定了電池壽命大于閾值水平，那么過程110繼續返回以繼續階段112-122的功能。圖5-7示出了其中過程110的一些階段中的一般功能被特定的實施例代替的過程的實施例的流程圖。參照圖5，用于確定圖1-3的系統中的電池的剩余壽命的過程210包括所示的階段。過程210僅是示例性的并且不作為限制。過程210可以被修改，例如通過加入、除去或重排列所示的階段。過程210監測浮動充電時間段并且確定表示因施加于電池的浮動充電導致電池壽命漸減的電池壽命值并且補償電池的操作溫度。在階段212，電池監測器42監測在第一時間段期間施加于電池的浮充電壓。第一時間段可以是其間施加浮充電壓的周期性時間段，例如，如每小時、每天、每周、每月等等。可選擇地，第一時間段可以是其間施加浮充電壓并且其間沒有其他事件例如電池放電發生的整個時間段的長度。浮充電壓可以是在第一時間段期間被施加的平均浮充電壓。如果浮充電壓不顯著地變化，那么浮充電壓還可以是在第一時間段期間取得的單一讀數。在階段214，浮充壽命值模塊39監測電池在第一時間段期間的操作溫度。操作溫度從圖2和3的溫度傳感器46中的一個獲得。溫度傳感器可以是圖3的電池壽命估計系統60-2的內部的溫度傳感器46-1，或電池的內部的溫度傳感器46-2。優選地，操作溫度是電池在第一時間段內的平均操作溫度。浮充壽命值模塊39從溫度傳感器46接收周期性的例如每小時的溫度測量結果。這些周期性的溫度測量結果被存儲在存儲器中，并且第一時間段的平均溫度被計算。可選擇地，浮充壽命模塊39可以使用在周期性的第一時間段，例如每小時期間取得的單一的周期性溫度讀數。在階段212和214繼續監測，直到第一時間段結束。第一時間段可以在另一個事件結束浮動充電時期時，例如電池放電時，或在周期性的時間段結束時結束。在第一時間段結束時，過程210繼續至階段216，在階段216浮充壽命值模塊39基于第一時間段的持續時間、電池在第一時間段期間的操作溫度以及在第一時間段期間被施加的浮充電壓來確定第一電池壽命值。浮充壽命值部分基于在基準溫度下并且在所選擇的浮充電壓下進行充電的電池的預期使用期。電池制造者進行測試以確定以各種電壓進行浮動充電的電池的預期使用期。電池的預期壽命基于所施加的浮充電壓變化。通常，浮充電壓越高，那么預期壽命越短。 優選地，可獲得提供以多個浮充電壓電平進行充電的電池的預期壽命的測試數據。然而，對于某些應用來說，例如浮充電壓不顯著地變化的應用，單一的預期壽命值可以被使用。電池的預期壽命通常基于基準溫度例如25°C來計算。
在階段216確定的浮充壽命值還基于電池在第一時間段期間經歷的操作溫度來依比例縮放。正如由Arrhenius函數預測的，在基準溫度每升高10°C時，化學反應的強度近似加倍。這意味著，預期在25°C的基準溫度下浮動充電時具有5年預期壽命的電池在其整個壽命中在35°C下浮動充電時具有2. 5年的壽命。因此，從基準溫度下的電池測試數據確定的基準浮充壽命值可以被依比例縮放，以將電池的操作溫度和基準溫度之間的差異考慮在內。例如，假定對第一時間段期間被施加的給定的浮充電壓電平來說，電池具有在基準溫度例如25°C下由“EL”表示的預期壽命，那么在溫度BT下操作的電池的溫度補償壽命 (TCL)可以通過以下等式來估計TCL = EL/2[(BT-25r)/10](1)優選地，在塊216確定的浮充壽命值是基于百分數的對EL值的漸減量的形式。通過將其間施加浮充電壓的第一時間段的時間長度除以等式1的TCL，可以獲得電池壽命漸減量的被估計的百分數。假定第一時間段是ΔΤ天并且電池的EL以年計，那么表示電池壽命的百分數的浮充壽命漸減量(AFL)可以通過以下等式獲得AFL = {AT/[*EL/2[(b )/10]]}*100% (2)在塊218，浮充壽命模塊39組合在階段216確定的浮充壽命漸減量Δ FL與第二時間段的第二浮充壽命值，例如先前確定和累積的第一時間段之前的時間段的浮充壽命漸減量。等式O)的關系僅僅在電池在浮充時間段△ T的持續時間內經歷很小的溫度變化或沒有溫度變化時是精確的。如果電池經歷溫度變化，那么新的浮充時間段應當被開始以用于新的電池溫度ΒΤ。在階段218累積浮充壽命漸減量以達到總電池壽命值。然后，在階段218 確定的總電池壽命值在階段220被用于估計電池壽命。剩余電池壽命可以基于在階段218 確定的總電池壽命值以及基于浮充壽命漸減量經歷的變化速率(例如，在電池的整個壽命內或在電池壽命的最近部分內的平均變化率)來估計。例如，如果電池的EL是5年并且在階段218確定的總電池壽命值，即累積的浮充壽命漸減量是50%，那么將剩余50%壽命。 如果在之前的六個月內的浮充壽命漸減量已經消耗電池壽命的20 %，其等于電池壽命每年 40%的漸減速率，那么剩余電池壽命被估計為是1.25年或十五個月(50%電池壽命除以電池壽命每年40%的漸減速率等于1. 25年)。然而，優選地，其他電池壽命值組成部分，例如循環壽命漸減量和其他浮充壽命漸減量被包括在電池壽命估計中，如將在下文討論的。在階段222和2Μ執行的功能與如上文參照圖4討論的相同。在某些電池充電設備中，浮充電壓變化以部分地補償較高的操作溫度。浮充電壓可以在較高的溫度較低，以補償在較高的溫度所經歷的電池壽命的某些增加的漸減量。在等式2中使用的EL值可以基于為補償溫度升高而施加的浮充電壓電平。可選擇地，在EL 值是基于單一的基準浮充電壓和單一的基準溫度的情況下，可以計算比例因子以補償浮充電壓補償值。參照圖10，浮充壽命改進比例因子隨電池溫度變化，并且這可以用在浮充電壓被變化以補償溫度的情況下。這是一種溫度補償算法的實施例，并且其他溫度補償算法可以產生不同的函數。在所示的實施例中，在25°C和更低溫度下的浮充電壓是基準浮充電壓電平，并且浮充壽命乘子(LM)等于一。當溫度升高至高達約45°C時，浮充電壓被減小，這導致更長的浮充壽命估計。典型的浮充電壓減小速率是每。C每2V標稱電池約3mV。在所示的實
12施例中，LM值從在25°C的1. 0線性地增加至在45°C的1. 2。這是實施例并且可以不表示實際的電池和實際的算法。相似于圖10中的曲線的曲線可以通過電池浮充壽命測試獲得。LM值用于依比例縮放由等式2得到的浮充壽命漸減量，以反映在第一時間段期間在操作溫度施加的浮充電壓電平。這簡單地通過將在階段216使用等式2確定的AFL值除以從例如圖10中所示的函數獲得的LM值而受到影響。例如，如果在第一時間段期間的操作溫度是30°C并且基準AFL是5%，那么依比例縮放的Δ FL將是5/1. 05或約4. 76%。浮充壽命值還可以受到過去的放電事件的影響，如上文討論的。參照圖6，用于確定圖1-3的系統中的電池的剩余壽命的過程310包括所示的階段。過程310僅是示例性的并且不作為限制。過程310可以被修改，例如通過加入、除去或重排列所示的階段。過程 310監測浮動充電時間段并且確定表示由施加于電池的浮動充電導致的電池壽命漸減的電池壽命值并且補償在浮動充電時間段之前發生的過去的放電事件。過程310在階段314開始，在階段314，浮充壽命模塊39監測電池在浮動充電時間段之前的時間段期間的放電。浮充壽命值模塊39從電池監測器42接收指示放電事件的數據。優選地，浮充壽命值模塊39接收指示電池進行放電的電流的周期性數據，例如每1分鐘、5分鐘、10分鐘等等。當從電池監測器42接收的數據指示放電事件已經結束，過程310繼續至階段315， 在階段315浮充壽命值模塊39確定電池放電的速率。速率可以是在階段314被監測的周期性放電速率的平均值。在階段312，電池監測器42監測在放電事件之后的時間段期間被施加于電池的浮充電壓。繼續至階段316，浮充壽命值模塊39通過基于第一時間段的持續時間和在第一時間段期間被施加的浮充電壓確定基準浮充壽命貢獻來確定第一電池壽命值。基準浮充壽命貢獻優選使用上文的包括溫度依比例縮放的等式2來確定為浮充壽命漸減量。然而，溫度依比例縮放可以被省略。該浮充壽命漸減量被依比例縮放以計及之前電池在所監測的放電時期期間以放電速率放電。參照圖11，示出了以浮充壽命乘子相對于放電速率繪圖的函數的實施例。這是其中電池壽命在高放電速率時期之后的浮動充電時期期間以較高的速率減少電池壽命的電池的實施例。放電速率越高，那么浮充壽命乘子越小。換句話說，浮充壽命漸減量因從電池獲取的電流增加而增加，如就歸一化電池電流(CA)所測量的。CA安培等于實際的安培除以C，其中C是等于電池的額定安培-小時的數值的無量綱數。圖11中的曲線示出了，從零CA (無放電)至約0. 2CA，浮充壽命乘子是1.0。從約0. 2CA至約3.0CA，浮充壽命乘子從 1. 0減小至約0. 67。在本實施例中，推出浮充壽命乘子，使得如使用等式( 確定的基準浮充壽命值 AFL除以浮充壽命乘子，以達到被依比例縮放的浮充壽命漸減量。例如，如果放電速率是 ICA并且基準Δ FL被確定為5%，那么依比例縮放的Δ FL將是5/0. 9或約5. 6%。可選擇地，可以推出浮充壽命乘子，使得AFL被倍增以用于依比例縮放。圖11中示出的函數是實施例并且可以不表示實際的電池。相似于圖11中的曲線的曲線可以通過電池浮充壽命測試獲得。當多于一個放電事件在施加浮充電壓的第一時間段之前時，則最近的放電速率被用于確定浮充壽命乘子。圖11的浮充壽命乘子假定放電是深的和頻繁的。當放電是不頻繁的時，壽命乘子可以依比例縮減或被忽略。例如，如果最近的放電時期比閥值天數早，那么浮充壽命乘子朝向1的值增加，或可選擇地，圖11使用的CA放電速率可以被依比例降低， 使得浮充壽命漸減量被相似地減小。例如，如果放電時期超前多于35天，那么放電速率可以乘以D/35，其中D是放電時期的天數。然而，35天時間段是實施例，還可以使用其他時間段，例如 20、25、30、40、45、50、55、60 天或更多天。可選擇地，在 20、25、30、35、40、45、50、55、 60天或更多天之前的放電事件可以被忽略。相似地，如果以前的放電事件是表面放電并且放電在正常放電截止電壓即將發生之前結束，那么壽命乘子被依比例縮放使得對浮充壽命漸減的影響被減小或消除。過程310的其余階段318-3M分別按照與上文討論的過程110 和210中的階段118-124和218-2 相似地實施。除了影響電池壽命的浮動充電時期之外，放電時間段或放電/再充電循環也影響電池的壽命。這些循環對電池的壽命的影響被稱為循環壽命值。參照圖7，用于確定圖1-3 的系統中的電池的剩余壽命的過程410包括所示的階段。過程410僅是示例性的并且不作為限制。過程410可以被修改，例如通過加入、除去或重排列所示的階段。過程410在兩個主要方面不同于過程210和310。不是監測第一時間段期間的浮充電壓，如在過程210和 310中的階段212中，而是監測電池在第一時間段內的放電。此外，電池的操作條件不是溫度，如在過程210中的，或不是第一時間段之前的先前的放電事件，如在過程310中的，電池的操作條件是在第一時間段期間的放電事件。過程410在階段412開始，在階段412電池監測器42監測電池在第一時間段期間的放電。循環壽命值模塊40從電池監測器42接收指示放電事件的數據。優選地，循環壽命值模塊40接收指示電池正在進行放電的電流的周期性數據，例如每1分鐘、5分鐘、10分
鐘等等。當從電池監測器42接收的數據指示放電事件已經結束，過程410繼續至階段414， 在階段414循環壽命值模塊40確定電池放電的速率以及電池在第一時間段期間的放電深度。速率可以是在階段412被監測的周期性放電速率的平均值。放電深度通過在第一時間段內對放電速率進行積分并且將此結果與電池的額定容量相比來確定。在階段415，循環壽命值模塊40確定電池在壽命中可以被預期經受得住的估計的放電循環次數。基于測試期間累積的數據來進行估計。電池可以經受得住的循環次數是放電速率和/或放電深度的函數。參照圖12，兩個曲線70和72示出了放電循環的預期次數與放電深度的關系。曲線70表示低放電速率時的放電循環的預期次數，而曲線72表示高放電速率時的放電循環的預期次數。這些曲線70和72是實施例，并且放電測試可以被進行以獲得實際電池的相似的曲線。可以在本領域中使用具有將放電速率和放電深度傳送至數據中心且在電池達到壽命終點時也進行傳送的電池壽命估計系統60的現場設備來完成測試。測試可以顯示出，放電循環的預期次數是放電深度的函數而不是放電速率的函數，或是放電速率的函數而不是放電深度的函數。如果這些中的任何一個為真，那么循環壽命模塊40可以在階段414確定放電速率和/或放電深度，但是不需要確定全部二者。循環壽命模塊40內插表示曲線70和72的數據，以確定電池可以被預期經受得住的這種類型的放電循環的預期次數(N)，如由放電速率和/或放電深度表征的。繼續至塊 415，循環壽命模塊通過基于在階段415確定的放電循環次數(N)確定循環壽命貢獻來確定第一電池壽命值。例如，如果在階段415確定了可以預期經受得住1000次這種類型的放電/再充電循環，那么循環壽命模塊40將確定循環壽命漸減量(ACL)將是1/1000或0. 1%.在塊418，循環壽命模塊40組合在階段416確定的循環壽命漸減量Δ CL與第二時間段的第二循環壽命值，例如在第一時間段之前的放電時間段的之前確定的和累積的循環壽命漸減量。然后在階段420，所累積的電池漸減量被剩余壽命模塊38使用，以估計剩余的電池壽命。在階段422和似4進行的功能與上文分別參照過程110、210和310的階段122 和124,222和224以及322和324討論的那些功能相同。優選地，剩余壽命模塊38被配置為組合由浮充壽命模塊39和循環壽命模塊40 二者確定的全部電池壽命值。這種組合包括使用過程210關于溫度依比例縮放的以及使用過程310關于之前的放電循環依比例縮放的浮充壽命值，例如浮充壽命漸減量，以及循環壽命值，例如使用過程410確定的循環壽命漸減量。參照圖8，用于組合浮充壽命貢獻和循環壽命貢獻的過程510包括所示的階段。過程510僅是示例性的并且不作為限制。過程510 可以被修改，例如通過加入、除去或重排列所示的階段。在階段512，浮充壽命模塊39、循環壽命模塊40和/或健康狀態模塊41確定電池壽命觸發事件或時間閥值事件是否已經發生。觸發事件可以是放電事件的開始和結束、浮動充電時間段的結束等等。過程510繼續以在可變延遲循環中循環回階段512，直到發生事件，由此進行浮充壽命值、循環壽命值或健康狀態的狀態檢查。如果在階段512確定已經發生了影響電池壽命的事件，那么過程510繼續至階段 514，在階段514浮充壽命值模塊39確定是否將進行浮充壽命貢獻確定。如果確定將進行浮充壽命貢獻，那么過程510繼續至階段516，在階段516浮充壽命值模塊執行在過程210的階段212、214、216和118的功能，和/或在過程310的階段314、315、312、316和118的功能，如上文討論的。然后，在塊118確定的總浮充壽命值(OFLV)前進至剩余壽命模塊38，并且過程510繼續至階段526，在階段5 剩余壽命模塊38估計剩余電池壽命。在階段5 執行的功能的細節在下文參照圖9討論。如果在階段514確定了浮充壽命貢獻不被確定，那么過程510繼續至階段518，在階段518循環壽命值模塊確定循環壽命貢獻是否將被進行。如果確定將進行循環壽命貢獻，那么過程510繼續至塊520，在塊520循環壽命值模塊進行在過程410的階段412、414、 415、416和118的功能，如上文討論的。在階段118確定的總循環壽命值前進至剩余壽命模塊38，并且過程510繼續至階段526，在階段5 剩余壽命模塊38估計剩余電池壽命。如果在階段518確定了循環壽命貢獻不被確定，那么過程510繼續至階段522，在階段522健康狀態模塊41確定是否安排健康狀態測試。可以周期性地安排健康狀態測試。 當電池變得老化時，可以期望較頻繁的測試。如果在階段522確定發生安排健康狀態測試， 那么過程510繼續至階段524，在階段5M健康狀態模塊確定電池的健康狀態增量(delta) (AS0H)。優選地，Δ SOH值是估計的百分數調整量以應用于估計剩余電池壽命。Δ SOH值在階段5 被剩余壽命模塊38用來基于浮充壽命貢獻和循環壽命貢獻調整電池壽命估計值。當測試確定的健康狀態為低水平時，Δ SOH值調整剩余壽命估計值，以更緊密地匹配健康狀態估計值，由此，SOH測試結果通常更精確。組合SOH值與浮充壽命貢獻和循環壽命貢獻的方法的細節在下文參照圖13討論。參照圖9，在過程510的階段526由剩余壽命模塊38進行的功能的細節包括所示的階段。圖9中所示的階段僅是示例性的并且不作為限制。圖9中的階段可以被修改，例如
15通過加入、除去或重排列所示的階段。在階段528，從浮充壽命值模塊39接收由在過程510 中的階段516確定的總浮充壽命值(OFLV)。OFLV (以百分數表示)包括直至當前日的全部累積的浮充壽命貢獻，本實施例中的漸減量。剩余壽命模塊38計算OFLV在最近N天內的變化速率，其中N被選擇為表示近期的被施加于電池的充電、放電和環境因素，并且其中電池在之前N天內的使用被預期持續到將來。OFLV(-N)表示N天以前的0FLV，并且OFLV(O) 表示當前的0FLV。因此，在階段5 計算的FL/天是浮充壽命在之前的N天期間的以每天百分數表示的平均損失。在階段530，從循環壽命值模塊40接收在過程510中的階段520確定的總循環壽命值(OCLV)。OCLV(以百分數表示)包括直至當前日的全部累積的循環壽命貢獻，本實施例中的漸減量。剩余壽命模塊38計算OCLV在最近N天內的變化速率，其中N被選擇為表示近期的被施加于電池的充電、放電和環境因素，并且其中電池在之前N天內的使用被預期持續到將來。OCLV(-N)表示N天以前的0CLV，并且OCLV(O)表示當前的0CLV。因此，在階段530計算的CL/天是循環壽命在之前的N天期間的以每天百分數表示的損失。在階段532，剩余壽命模塊38通過從100 %減去OFLV和OCLV來計算剩余壽命百分數。Δ SOH值是在階段MO由健康狀態模塊41確定的值并且將下文參照圖13詳細地討論。健康狀態是電池能夠遞送的與其標稱額定值相比的安培-小時(或瓦特-小時)的度量。新電池具有約100%的健康狀態。對于電池壽命的大約前60%至70%來說，健康狀態保持在約90%至約100%之間的高值，并且健康狀態和剩余電池壽命的百分數之間幾乎沒有相關性。因為這個原因，Δ SOH值被設置為在電池是新的時等于零，并且不作出對電池壽命的調整。在電池健康狀態小于約90%之前，在健康狀態和剩余壽命之間不具有強相關性。當Δ SOH等于零時，在階段532計算的壽命(％ )反映出扣減了 OFLV值和OCLV值兩者。例如，如果OFLV = 20%并且OCLV = 10%，那么壽命(％ )將估計70%的剩余電池壽命。當SOH測試顯示出顯著的電池壽命損失時，Δ SOH將被設置為用于迫使在階段532 的剩余壽命計算更緊密地匹配SOH測試指示的值。每次在圖8的過程510中的塊5Μ進行 SOH測試時更新ASOH值。健康狀態測試可以根據預定義的安排被手動地或自動地啟動。 其還可以與導致UPS由電池電力操作延長的時間的電力源52的隨機停電條件同時實現。在階段534，剩余壽命模塊38基于每天浮充壽命值和循環壽命值的總損失來計算剩余電池壽命的天數。FL/天和CL/天值在本實施例中被線性組合。可選擇地，它們可以被基于權重進行組合，其中一個被給予比另一個高的權重或置信值。浮充壽命值可以向其中浮充壽命貢獻決定電池壽命計算的區域給予較高的權重。循環壽命值可以在其中具有許多停電、電壓起伏、電涌并且由循環壽命貢獻決定的區域中被給予較高的權重。在階段536，剩余電池壽命可以傳送至用戶。如果剩余電池壽命低于一個或多個閥值，那么可以傳送電池應當在不久后或立即被更換的警告或警報。在階段532計算的壽命 (% )值在階段540被傳送至健康狀態模塊41。參照圖13Α，在階段MO由健康狀態模塊41執行的功能的細節包括所示的階段。 圖13Α中所示的階段僅是示例性的并且不作為限制。圖13Α中的階段可以被修改，例如通過加入、除去或重排列所示的階段。在階段Μ2，健康狀態模塊41進行SOH測試。SOH測試事件信號引起測試。當SOH測試將電池操作溫度考慮在內時，健康狀態模塊41接收電池溫度的指示。SOH測試通常涉及以穩態電流運行電池降至低電壓電平。然后電池的容量被確定并且以S0H(%)測量結果輸出。S0H(%)測量結果是在SOH測試期間確定的容量與健康電池的預期容量的比。在完成SOH測試時，過程540繼續至階段M4，在階段544應用SOH)和壽命 (% )變量的閾值。壽命(％ )是在圖8和9中示出的階段526的剩余壽命模塊38確定的最近的剩余電池壽命估計值。兩個閥值在階段544被應用。第一個涉及SOH測試使用的 S0H(% )閥值。如果S0H(%)小于或等于90%，那么過程繼續至階段546和討8，在階段 546和M8S0H(% )被分別用于估計剩余電池壽命和確定加權因子Kl和K2。該90%閥值是一種最大閾值，低于該閾值時SOH測試被通常判斷為是精確的并且可用于估計電池壽命的低值。在高于90%時，SOH(% )優選僅被用于指示估計的最小電池壽命。在階段544應用的第二閥值在SOH )大于90%時適用。在這種情況下，如果壽命(％)估計小于約31%，那么壽命(％)低于最小的預期壽命。這從在階段546使用的剩余電池壽命圖明顯看出并且在下文討論。在這種情況下，通過在階段544將目標壽命(TL) 變量設置為31%并且設置權重Kl = 0并且設置權重K2 = 1而忽略壽命(％ )。目標壽命 TL是基于SOH測試的壽命剩余目標百分數。這在階段550使用權重Kl和K2與壽命(％ ) 估計值組合，以確定所調整的壽命百分數AL(% )。通過設置TL = 31、K1 = 0并且Κ2 = 1， 由在階段550執行的功能將迫使AL(% )為31%。對于其中S0H(%)低于90%的SOH測試，設置Kl和K2值，以使壽命(％ )和TL的權重值來確定AL。如果在階段M4S0H(%)大于90%并且壽命(％ )估計值小于31 %，那么過程MO 繼續至階段陽0，在階段550迫使所調整的壽命變量AL為31%。如果在階段M4S0H(% ) 小于90%并且壽命(％)大于31%，那么不進行進一步的行動并且ASOH值保持不變，因此使在532(圖9)確定的壽命(％)保持不變。如果在階段M4S0H(%)小于90%，那么過程540繼續至階段546和M8，階段546和548在本實施例中被示出為是并行的，但是可以被相繼地進行。在階段M6，S0H(%)水平被用于估計目標壽命TL。TL是僅從在階段M2 確定的S0H(%)值得到的剩余壽命。之后在階段550使用權重Kl和K2使TL與壽命(％ ) 組合。圖13B中示出的圖被用于在階段546確定剩余壽命百分數。該示了剩余壽命百分數(在此處是TL)與S0H(%)的關系的兩個部分。圖包括S0H(%)值大于90%的虛線部分。這表明圖的該部分中，S0H(%)不是剩余電池壽命的精確指示物。因為在階段M4 的閥值測試將因為SOH)值大于90%而使過程不再繼續至階段M6，所以顯示圖的此部分是為了清楚的目的。在階段M6的圖的第二部分是S0H(%)值低于90%。圖的此部分示出了估計的剩余電池壽命從約90 %的SOH (% )時的約31 %變化至約60 %的SOH (% )時的0%的剩余壽命值。健康狀態模塊41內插表示圖1 的圖的數據以確定將在階段550與壽命(％ )估計值組合的TL值。其他電池可以展示與圖13B中示出的圖不同的剩余壽命估計值對S0H(%)的形式。在所示的實施例中，電池將在60%的S0H(%)被更換，但是曲線可以被調整使得電池在SOH (% )的另一個值被更換，例如50 %、65 %、70 %、75 %或80 %。在階段M8，健康狀態模塊41確定用于組合S0H(% )估計值和壽命(％ )估計值的權重Kl和K2。圖13C中示出的圖被用于在階段548確定權重Kl和K2。圖示出了權重對 S0H(%)值小于或等于約90%的SOH(% )的兩條曲線。關于Kl的曲線從約60%的SOH(% ) 時的0. 2的值線性地變化至約90%的S0H(% )時的約0. 5的值。關于K2的曲線從約60%的S0H(% )時的0. 8的值線性地變化至約90%的S0H(% )時的約0. 5的值。K1+K2的總和是1.0。健康狀態模塊41內插表示基于在階段542確定的關于小于或等于90%的全部 S0H(%)的S0H(%)值的Kl和K2的曲線的數據。權重Kl和K2被配置為使得當S0H(%) 變得越來越接近60%并且其中在本實施例中剩余電池壽命是零時，K2的值變得越來越大， 使得在階段550基于權重確定的AL值朝向在階段546基于SOH)的TL估計值的權重更大些。當SOH更大但是仍然被判斷為是精確的時，權重更接近，使得壽命(％ )估計被給予更多權重。Kl和K2的曲線在本實施例中是線性的，但是可以是非線性的。一旦在階段546確定了 TL值并且在階段548確定了權重Kl和K2之后，那么過程 540繼續至階段550，在階段550AL值基于TL估計值、壽命(％ )估計值以及權重Kl和K2 來確定。AL值是將如圖8和9中所示的最近的SOH測試以及在塊5 進行的最近的剩余壽命估計考慮在內的剩余電池壽命的百分數。當在階段550確定了 AL值之后，過程540繼續至階段552，在階段552確定對剩余壽命估計的Δ SOH修改。Δ SOH表示為了迫使在階段5 進行的最近的剩余壽命估計值等于在階段550確定的AL值所需要的修改。Δ SOH被設置為等于AL百分數減去100%，再加上用于估計最近的壽命(％ )估計值的浮充壽命和循環壽命的最近累積的OFLV和OCLV百分數值。在階段552確定的Δ SOH前行至階段554的取樣和保持(sample andhold)。在取樣和保持階段554的Δ SOH值保持固定，直到過程540被重復。取樣和保持階段Μ4將 Δ SOH值前行至剩余壽命模塊38，使得最近的Δ SOH值可以在做出下一次剩余壽命估計時被使用。推出階段陽2的功能用于OFLV和OCLV值是壽命漸減量的情況。OFLV和OCLV的壽命值的其他形式可以被用于階段陽2的被相應修改的功能。參照圖7的過程410討論的方法可以被用于計算當電池在下一次放電循環開始之前被完全再充電時用于放電循環的循環壽命貢獻。如果上文參照過程410討論的方法被應用于包括兩次放電循環的情況，其中在第一次放電循環之后，電池被完全再充電之前，才開始第二次放電循環，那么將誤差引入總電池壽命值計算中。這種情況的實施例在圖14中描繪。第一放電循環74在點A開始，在點A電池被完全地充電。第一次放電循環74在點B結束，具有60%的放電深度(D0D)。第一次充電循環76在點B開始并且在點C結束，在點C第二次放電循環78開始。在第一次充電循環76 結束時，電池被部分地充電并且DOD從60%減小至20%。第二次放電循環78在點D結束， 為70%的DOD。第二次充電循環80將電池完全地充電至0%的DOD。如果過程410的方法被應用于放電循環74和78 二者，那么第一次放電循環74的循環壽命貢獻將基于60%的DOD并且第二次放電循環78的循環壽命貢獻將基于70%的 D0D。然而，這將相應于130%的總放電，然而總放電實際上是放電循環74的60%以及放電循環78的50% (點C為20%的DOD并且點D為70%的D0D，導致50%放電的變化)，得到總計110%的總放電。因此，使用過程410的簡單方法將導致對第二次放電循環78的循環壽命貢獻約20%的過高估計。可選擇的方法提供了確定其中在充電循環已經將電池充電至完全充電的條件之前開始放電循環的情況的循環壽命貢獻的方式。過程410的簡單方法利用了對于給定的 D0D，電池可以在壽命中可以預期經歷的放電/充電循環次數的估計值，其中電池在每次放電之后被完全地再充電。此處討論的方法使用歸一化循環度量。表1列出了相似于圖12的曲線70和72的數據。表1的第一列列出了 DOD(以百分數表示)并且第二列列出了對于第一列的給定的D0D，電池在壽命中所預期具有的預期的循環次數。第三列列出了電池在壽命中可以被預期具有的歸一化循環，其中歸一化循環值通過將第一列的DOD乘以第二列的循環次數來獲得。表 權利要求
1.一種估計電池壽命的方法，所述方法包括 監測電池在第一時間段期間的充電特性； 監測所述電池的操作條件；基于所述電池的所述操作條件、所述充電特性以及所述第一時間段的持續時間來確定所述第一時間段的第一電池壽命值；使用所述第一電池壽命值和第二時間段的第二電池壽命值來確定總電池壽命值；以及基于所述總電池壽命值來估計所述電池的剩余電池壽命。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述第一時間段是浮充時間段，所述操作條件包括所述電池的操作溫度，所述充電特性包括施加于所述電池的浮充電壓，并且確定所述第一電池壽命值是基于所述第一時間段的所述持續時間、所述電池在所述第一時間段期間的所述操作溫度，以及所述浮充電壓。
3.根據權利要求2所述的方法，其中確定所述第一電池壽命值還包括確定浮充壽命貢獻并且依比例縮放所述浮充壽命貢獻以計及所述電池在所述操作溫度進行的化學反應的速率。
4.根據權利要求2所述的方法，還包括調整所施加的浮充電壓的電平以補償所述電池的所述操作溫度，并且其中確定所述第一電池壽命值包括確定浮充壽命貢獻并且依比例縮放所述浮充壽命貢獻以計及所述第一時間段期間施加的所調整的浮充電壓電平。
5.根據權利要求1所述的方法，其中所述第一時間段是浮充時間段，所述電池的所述操作條件包括所述電池在所述第一時間段之前的第三時間段中的放電期間的放電，并且所述充電特性包括施加于所述電池的浮充電壓，所述方法還包括監測所述電池在所述第三時間段期間的放電；以及確定電池在所述第三時間段期間放電的放電速率， 其中確定所述第一電池壽命值包括基于所述浮充電壓和所述第一時間段的所述持續時間來確定浮充壽命貢獻；以及依比例縮放所述浮充壽命貢獻以計及所述電池在所述第三時間段期間以所述放電速率進行放電。
6.根據權利要求5所述的方法，還包括基于所述第三時間段超前于所述第一時間段的時間量來降低所述依比例縮放對所述浮充壽命貢獻的影響。
7.根據權利要求5所述的方法，其中在所述第三時間段中的放電事件是在所述第一時間段之前發生的多個放電事件中的最近的一個。
8.根據權利要求5所述的方法，其中所述浮充壽命值包括對所述總電池壽命的漸減量，并且依比例縮放所述浮充壽命漸減量包括將比例因子施用于所述浮充壽命漸減量，其中，在第一放電速率低于第二放電速率時，用于所述第一放電速率的第一比例因子產生的所述第一時間段的依比例縮放的浮充壽命漸減量小于用于所述第二放電速率的第二比例因子產生的所述第一時間段的依比例縮放的浮充壽命漸減量。
9.根據權利要求1所述的方法，其中所述第一時間段是放電時期，所述方法還包括 監測所述電池在所述放電時期期間的放電；確定所述電池在所述放電時期內的放電速率和/或放電深度；以及基于所述放電速率和/或所述放電深度來確定估計的放電循環次數，其中確定所述第一電池壽命值包括基于所述估計的放電循環次數來確定所述第一時間段的循環壽命貢獻。
10.根據權利要求1所述的方法，還包括通過進行健康狀態測試來確定所述電池的容量；以及基于所確定的容量來調整所述剩余電池壽命。
11.一種用于估計電池壽命的裝置，所述裝置包括電池監測器，其被配置為監測電池在第一時間段期間的充電特性；壽命值模塊，其被耦合于所述電池監測器并且被配置為監測所述電池的操作條件，基于所述電池的所述操作條件、所述充電特性以及所述第一時間段的持續時間來確定所述第一時間段的第一電池壽命值，以及使用所述第一電池壽命值和第二時間段的第二電池壽命值來確定總電池壽命值；以及剩余壽命模塊，其被耦合于所述壽命值模塊并且被配置為基于所述總電池壽命值來估計所述電池的剩余電池壽命。
12.根據權利要求11所述的裝置，其中所述第一時間段是浮充時間段并且所述壽命值模塊是浮充壽命值模塊，所述電池監測器被配置為監測在所述第一時間段期間施加于所述電池的浮充電壓，并且所述浮充壽命值模塊被配置為監測所述電池的操作溫度并且基于所述第一時間段的所述持續時間、所述電池在所述第一時間段期間的所述操作溫度以及所述浮充電壓來確定所述第一電池壽命值。
13.根據權利要求12所述的裝置，其中所述浮充壽命值模塊被配置為通過確定浮充壽命貢獻并且依比例縮放所述浮充壽命貢獻以計及所述電池在所述操作溫度進行的化學反應的速率，來確定所述第一電池壽命值。
14.根據權利要求12所述的裝置，其中所施加的浮充電壓的電平被調整以補償所述電池的所述操作溫度，并且所述浮充壽命值模塊被配置為通過確定浮充壽命貢獻并且依比例縮放所述浮充壽命貢獻以計及所述第一時間段期間施加的所調整的浮充電壓電平，來確定所述第一電池壽命值。
15.根據權利要求11所述的裝置，其中所述第一時間段是浮充時間段并且所述壽命值模塊是浮充壽命值模塊，所述電池模塊被配置為監測所述第一時間段期間施加于所述電池的浮充電壓，并且所述浮充壽命值模塊被配置為監測所述電池在所述第一時間段之前的第三時間段期間的放電，確定所述電池在所述第三時間段期間放電的放電速率，以及通過基于所述浮充電壓以及所述第一時間段的所述持續時間來確定浮充壽命貢獻并且依比例縮放所述浮充壽命貢獻以計及所述電池在所述第三時間段期間以所述放電速率進行放電，來確定所述第一電池壽命值。
16.根據權利要求15所述的裝置，其中所述浮充壽命模塊還被配置為基于所述第三時間段超前于所述第一時間段的時間量來降低所述依比例縮放對所述浮充壽命貢獻的影響。
17.根據權利要求15所述的裝置，其中在所述第三時間段中的放電事件是在所述第一時間段之前發生的多個放電事件中的最近的一個。
18.根據權利要求15所述的裝置，其中所述浮充壽命值包括對所述總電池壽命的漸減量，并且所述浮充壽命模塊通過將比例因子施用于所述浮充壽命漸減量來依比例縮放所述浮充壽命漸減量，其中，在第一放電速率低于第二放電速率時，用于所述第一放電速率的第一比例因子產生的所述第一時間段的依比例縮放的浮充壽命漸減量小于用于所述第二放電速率的第二比例因子產生的所述第一時間段的依比例縮放的浮充壽命漸減量。
19.根據權利要求11所述的裝置，其中所述第一時間段是放電時期，并且所述壽命值模塊是循環壽命值模塊，所述電池監測器監測所述電池在所述放電時期期間的放電，并且所述循環壽命值模塊被配置為確定所述電池在所述放電時期內的放電速率和/或放電深度、基于所述放電速率和/或所述放電深度來確定估計的放電循環次數，并且通過基于所述估計的放電循環次數確定所述第一時間段的循環壽命貢獻來確定所述第一電池壽命值。
20.根據權利要求11所述的裝置，還包括健康狀態模塊，其被配置為通過進行健康狀態測試來確定所述電池的容量；其中，所述剩余壽命模塊還被配置為基于所確定的容量來調整所述剩余電池壽命。
21.一種用于估計電池壽命的裝置，所述裝置包括電池監測器，其被配置為監測在第一時間段期間施加于電池的浮充電壓并且監測所述電池的充電特性；浮充壽命值模塊，其被耦合于所述電池監測器并且被配置為監測所述電池的操作條件，并且基于所述電池的所述操作條件、所述浮充電壓以及所述第一時間段的持續時間來確定第一浮充壽命貢獻，并且使用所述第一浮充壽命貢獻和第二時間段的第二浮充壽命貢獻來確定總浮充壽命值；循環壽命值模塊，其被耦合于所述電池監測器并且被配置為確定所述電池在第三時間段內的放電速率和/或放電深度，基于所述放電速率和/或所述放電深度來確定估計的放電循環次數，基于所述估計的放電循環次數來確定所述第一時間段的第一循環壽命貢獻，以及使用所述第一循環壽命貢獻和第四時間段的第二循環壽命貢獻來確定總循環壽命值；以及剩余壽命模塊，其被耦合于所述浮充壽命值模塊和所述循環壽命值模塊并且被配置為基于所述總浮充壽命值和所述總循環壽命值來估計所述電池的剩余電池壽命。
全文摘要
估計電池壽命的方法包括監測電池在第一時間段期間的充電特性，監測電池的操作條件，基于電池的操作條件、充電特性以及第一時間段的持續時間確定第一時間段的第一電池壽命值，使用第一電池壽命值和第二時間段的第二電池壽命值確定總電池壽命值，并且基于總電池壽命值估計電池的剩余電池壽命。
文檔編號G01R27/02GK102362190SQ201080012671
公開日2012年2月22日 申請日期2010年3月23日 優先權日2009年3月24日
發明者丹尼爾·C·科恩, 凱文·懷特 申請人:美國能量變換公司