用于估计电池老化的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于估计对电力系统供电的电池的老化的方法，其特征在于，包括以下步骤：100-响应于在电池的正常工作期间由电力系统的消耗率改变所引起的电流扰动，存储关于跨电池端子的电压和电流的一组数据；200-在预定频率间隔内、根据电压和电流数据确定电池阻抗；300-根据在前述步骤中确定的阻抗，通过将所述阻抗与先前存储的、该阻抗随老化演变的模型进行比较，来估计电池的年龄。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于估计电池老化的方法本专利技术涉及测试装置和方法的领域。具体地，本专利技术涉及一种用于诊断电池老化的方法。
技术介绍
确定电池老化的问题具有许多应用，特别是在安装在卫星上的电池的情况下。在这样的情况下，当提到确定卫星寿命结束时，知道电池状态是至关紧要的。在缺乏关于电池老化状态的准确知识的情况下，卫星被过早地停用，从而产生显著的运营损失。图1示出了根据电池老化的电池行为，在横坐标上显示电池的放电深度(电池的最大充电和最小充电之间的间隔)，以及在纵坐标上显示跨电池端子的电压。正如可以在图1中看到，对于寿命开始时的电池而言(曲线1)，可用的放电深度是最大的，并且当存在电压的快速下降时，由电池提供的电压曲线基本是平的，直到几乎达到最大放电深度为止。对于寿命结束时的电池而言(曲线2)，情形是一样的，即正常操作中稍微更低的电池电压处的稳定时期(plateau)和在放电深度附近的电压快速下降。在该曲线图上的两个前述曲线之间找到与任何老化的电池相对应的曲线3(图1中用虚线表示)。对于在电池使用开始时的稳定时期上观测的电压的简单测量(曲线的左手部分)不足以准确地表征电池老化。这因而导致关于电池电压快速下降时间的大量不确定性。用于确定电池老化的常规方法包括电池内部电阻的测量和电池容量损失的测量(放电深度的下降)。容量测量是基于恒定电流时的电池的完全放电的。因此，这些容量参数和内部电阻不易受例如卫星上安装的嵌入式设备的影响。此外，卫星上的电池的完全放电将导致卫星的损耗，并且因此该解决方案不是可考虑的。此外，用于适合嵌入式设备的电池老化诊断方法是已知的。专利申请US2012/0019253A1“Methodfordetermininganagingconditionofabatterycellbymeansofimpedancespectroscopy”描述了基于实际电池的低频阻抗和作为电池寿命结束时电池特征的阈值阻抗之间的比较的诊断方法。在此，当电池经历包括可变频率的正弦变化的电流注入时，通过测量电池的电压来执行电池的低频阻抗测量(阻抗谱方法)。该方法适用于各种类型的电池：锂离子电池、锂聚合物电池、镍镉电池、镍氢电池等。类似地，公开“ImpedanceNoiseIdentificationforState-of-HealthPrognostic”(INL/CON-08-14101，43rdPowerSourcesConference,2008年7月)描述了一种使用电池阻抗测量的老化诊断方法，其基于注入到电池中的随机电流(白噪声和粉红噪声)。随后该方法使用FET(快速傅里叶变换)处理来确定电池的阻抗。再次，所测量的阻抗与参考值相比较。在该领域中，已知文件EP1892536A1，其涉及例如尤其在机动交通工具中使用的铅蓄类型的电池的老化分析。该文件描述了一种用于利用测量来计算阻抗谱的系统，其中，该测量是在点火脉冲(可靠的且需要再现的高频脉冲)期间执行的，并且如有必要是利用致力于该效果的可控充电、通过测试脉冲来完成的。该文件提及了仅利用一个点火脉冲作为数据源的模型的限制，并且介绍了旨在利用测试脉冲进行测量的可控充电。这些测试充电可以是交通工具的标准电设备的一部分，但是它们在老化测量时被驱动以产生脉冲。因此，测量发生在点火脉冲时或测试脉冲期间。还已知专利文件US4,678,998，其也涉及对机动交通工具的铅酸电池的老化的准确测量。该文件提及连接到电池的各种负载将产生在电池上具有不同电压和电流的频率分量。该文件描述了一种装置，其中，跨机动交通工具电池的端子的电压和电压被持续测量，并且在与连接到电池的负载相关联的各种频率处计算阻抗测量。最后，该系统针对与负载工作相关联的每个频率而将其测量结果与预先存储的曲线进行比较。已知另一文件EP2375487，其涉及一种利用注入到电池中的序列(M-序列)来识别表示电池老化的模型。这在文中是显而易见的，特别是§10.D3描述了选择阻抗演变模型的步骤并且提及了ARX模型作为示例。
技术实现思路
首先，本专利技术涉及一种用于估计对电力系统进行供电的电池的老化的方法，其特征在于，包括以下步骤：100-响应于电池的正常工作期间由电力系统的消耗率改变所引起的电流扰动，存储关于跨电池端子的电压和电流的一组数据；200-在预定频率间隔内、根据电压和电流数据来确定电池的阻抗；300-根据在前述步骤中确定的阻抗，通过将所述阻抗与先前存储的该阻抗随老化而演变的模型进行比较，来估计电池的年龄。电池的老化主要转化为电池内部电阻的增加和容量损失。在此，电流扰动是系统操作运行期间由系统的消耗率改变所引起的，其中要测试的电池是该系统的一部分。通常，在现有技术中，通过在电流上注入各种频率(wobulation)的正弦类型的扰动以及测量产生的电压来确定阻抗。在本专利技术中，不再需要跨电池端子而注入预定形式的电流以测试电池的老化。这种布置避免需要携带用于该测试的电流生成设备。仅利用用于获取电池电流和电压的遥测的系统来进行阻抗测量。因此，能够在电池整个寿命中执行电池诊断，而无需修改系统、无需注入扰动，并且能够在其中安装有电池的系统正常工作时执行电池诊断。由于使用在电池正常工作期间跨电池端子而测量的电流和电压数据遥测，因此对于针对其而持续存储这些数据的设备而言，有可能在电池整个寿命中确定电池的老化状态。然后还有可能确定电池正常工作期间的老化轮廓(profile)。在此通过其幅度和/或其相位来确定阻抗。在一些系统中，能够通过电池和另一电源同时提供电力供应。例如，在卫星上，这个其他电源是太阳能发电机。这使得能够在太阳能发电机的功率不足时增加可用功率。优选的是，在太阳能发电机不提供任何电流时进行测量，蚀期间就是这样的情形。在该实施方式中，当仅通过电池对电力系统供电时执行步骤100。根据特定实施方式，当电池是锂离子类型时，预定频率间隔在0.01-3Hz频带中。在电池老化期间，对于锂离子类型的电池而言，作为电池复阻抗的幅度或相位的最大偏移的突出显示，已经由申请人确定了该频率间隔。因此，对该间隔内的阻抗谱的观测使得能够最佳地确定电池的年龄。为了根据电压和电流数据确定电池的低频阻抗，用于估计电池老化的方法有利地包括以下子步骤：210-根据测量的电压和电流数据来识别预定模型结构的参数；220-将识别的模型转换到频率域；230-最后计算电池的低频阻抗。在特定实施方式中，从以下模型之中选择模型结构：ARMAX、ARX、BoxJenkins、OutputError。这些已知的模型允许根据本专利技术的方法的简单实现。在方法的特定实现中，方法包括校正所计算的阻抗的步骤，以考虑电池的环境温度。其次，本专利技术涉及一种适于实现所公开的方法的、用于估计电池老化的装置。在另一方面，本专利技术涉及一种包括如上所述装置的卫星。在又一方面，本专利技术涉及一种实现所公开的方法的计算机程序产品。附图说明由于下面的描述，将更好地认识本专利技术的特征和优点，该描述是作为非限制性示例应用而对公开本专利技术特征的描述。该描述基于附图，其中：图1：(已经提及)：针对各种电池年龄的一系列曲线，其说明了根据达到的放电深度的电池电压下降；图2：针对各种数量的电池使用周期的一系列曲线，其说明了取决于频率的阻抗幅度的变化；图3：针对各种本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于估计对电力系统供电的电池的老化的方法，其特征在于，包括以下步骤：100‑响应于在所述电池的正常工作期间、由所述电力系统的消耗率改变所引起的电流扰动，存储关于跨电池端子的电压和电流的一组数据；200‑在预定频率间隔内、根据所述电压和电流数据来确定所述电池的阻抗，该步骤包括以下子步骤210‑根据所测量的电压和电流数据来识别预定模型结构的参数，所述模型结构使得能够将时间离散系统建模为过去输入、输出和扰动数据的线性组合，220‑将所识别的模型转换到频域中，230‑最后计算所述电池的低频阻抗；300‑根据在前述步骤中确定的阻抗，通过将所述阻抗与先前存储的、该阻抗随老化而演变的模型进行比较，来估计所述电池的年龄。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.08.21 FR 12022661.一种用于估计对电力系统供电的电池的老化的方法，其特征在于，包括以下步骤：100-响应于在所述电池的正常工作期间、由所述电力系统的消耗率改变所引起的电流扰动，存储关于跨电池端子的电压和电流的一组数据；200-在预定频率间隔内、根据所述电压和电流数据来确定所述电池的阻抗，该步骤包括以下子步骤210-根据所测量的电压和电流数据来识别预定模型结构的参数，所述模型结构使得能够将时间离散电池建模为过去输入、输出和扰动数据的线性组合，220-将所识别的模型转换到频域中，230-最后计算所述电池的低频阻抗；300-根据在前述步骤中确定的阻抗，通过将所述阻抗与先前存储的、该阻抗随老化而演变的模型进行比较，来估计所述电池的年龄，所述预定频率间隔在0.01-3Hz的频带中。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤100在所述电力系统仅由所述电池供电时才被执行。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，从以下模型之中选择所述模型结构：ARMAX、ARX、BoxJenkins、Outputerror。4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，包括校正所计算的阻抗的步骤，以考虑所述电池的环境温度。5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，包括在其他步骤之前进行的参考老化测试步骤400，以使得能够确定所述电池的阻抗随老化而演变的模型。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，包括：-基于跨所述电池端子的正弦电流扰动注入而实现对低频阻抗的幅度和相位的测量以使得能够确定随老化而变化的低频阻抗的演变的步骤410b，该步骤在对所述电池的寿命的测试期间被执行；-识别所述测试电池的初步模型的步骤430；-跨所述电...

【专利技术属性】
技术研发人员：劳伦特·盖朱斯格，皮埃尔路易斯·塔贝尔纳，帕特里斯·西蒙，
申请(专利权)人：空中客车防务和空间公司，法国国家空间研究中心，
类型：发明
国别省市：法国;FR