CN102362190A - 电池寿命估计 - Google Patents

Abstract

估计电池寿命的方法包括监测电池在第一时间段期间的充电特性，监测电池的操作条件，基于电池的操作条件、充电特性以及第一时间段的持续时间确定第一时间段的第一电池寿命值，使用第一电池寿命值和第二时间段的第二电池寿命值确定总电池寿命值，并且基于总电池寿命值估计电池的剩余电池寿命。

Description

电池寿命估计

交叉引用

本申请要求于2009年3月24日提交的名称为“BATTERY LIFEESTIMATION(电池寿命估计)”的共同待决的美国非临时申请第12/410,404号(代理人案卷号026808-004900US)的权益，其在此基于所有目的以引用方式明确地全文并入。

背景

基于电池的不间断电源(UPS)中的电池的容量根据多种因素发生变化，包括温度、使用期和负载。当电池老化时，一旦电池的容量下降至低于期望的容量(例如运行时间)，那么优选更换电池。优选地，电池在它们遭到削减的容量影响UPS的期望的操作，例如通过依赖于具有不期望低的运行时间的电池，使得UPS不能够在期望的时间量内向负载提供后备电源之前被更换。为了确定电池的容量已经被削减到超过在依赖于向负载供电之前的期望值的时间，可以对电池进行定期测试。

以前，确定UPS的电池容量涉及使用电池向负载供电，以显著地或完全地使电池放电，以确定电池的容量。这可能耗费长时间(例如4小时)并且在电池被显著地或完全地耗尽时，UPS不能够提供期望的/足够的后备电源。经常，这种类型的耗尽测试不频繁地进行，并且导致电池在容量已经退化至不可接受的水平之后很长时间才报告需要更换。在诸如UPS的电源中，这是不可接受的。以前，做出电池应当考虑被更换或应当被进行放电测试以验证其实际容量的决定的时间主要基于或仅仅基于电池使用期，这忽略了影响使用期的其他因素并且可以导致任何过早的或过迟的电池更换。

概述

根据本公开内容的估计电池寿命的示例性方法包括监测电池在第一时间段期间的充电特性，监测电池的操作条件，基于电池的操作条件、充电特性以及第一时间段的持续时间来确定第一时间段的第一电池寿命值，使用第一电池寿命值和第二时间段的第二电池寿命值来确定总电池寿命值，并且基于总电池寿命值来估计电池的剩余电池寿命。

这样的方法的实施方案可以包括下文的特征中的一个或多个。当第一时间段是浮充时间段时，操作条件可以是电池的操作温度，充电特性可以是施加于电池的浮充电压，并且方法可以包括基于第一时间段的持续时间、电池在第一时间段期间的操作温度以及浮充电压来确定第一电池寿命值。方法可以包括通过确定浮充寿命贡献并且依比例缩放浮充寿命贡献以计及电池在操作温度进行的化学反应的速率，来确定第一电池寿命值。方法可以包括调整所施加的浮充电压的电平以补偿电池的操作温度，并且确定第一电池寿命值可以包括确定浮充寿命贡献并且依比例缩放浮充寿命贡献以计及第一时间段期间施加的所调整的浮充电压电平。当第一时间段是浮充时间段，电池的操作条件是电池在第一时间段之前的第三时间段中的放电期间的放电，并且充电特性是施加于电池的浮充电压时，方法可以包括监测电池在第三时间段期间的放电，并且确定电池在第三时间段期间放电的放电速率，并且确定第一电池寿命值可以包括基于浮充电压以及第一时间段的持续时间来确定浮充寿命贡献并且依比例缩放浮充寿命贡献以计及电池在第三时间段期间以放电速率进行放电。方法可以包括基于第三时间段超前于第一时间段的时间量来降低依比例缩放对浮充寿命贡献的影响。当浮充寿命值是总电池寿命的渐减量时，依比例缩放浮充寿命渐减量可以包括将比例因子施用于浮充寿命渐减量，其中，在第一放电速率低于第二放电速率时，用于第一放电速率的第一比例因子产生的第一时间段的依比例缩放的浮充寿命渐减量小于用于第二放电速率的第二比例因子产生的第一时间段的依比例缩放的浮充寿命渐减量。当第一时间段是放电时期时，方法可以包括监测电池在放电时期期间的放电，确定电池在放电时期内的放电速率和/或放电深度，基于放电速率和/或放电深度来确定估计的放电循环次数，并且通过基于估计的放电循环次数确定用于第一时间段的循环寿命贡献来确定第一电池寿命值。方法可以包括通过进行健康状态测试来确定电池的容量，并且基于所确定的容量来调整剩余电池寿命。

根据本公开内容的用于估计电池寿命的示例性装置包括：电池监测器，其被配置为监测电池在第一时间段期间的充电特性；寿命值模块，其被耦合于电池监测器并且被配置为监测电池的操作条件，基于电池的操作条件、充电特性以及第一时间段的持续时间来确定第一时间段的第一电池寿命值，并且使用第一电池寿命值和第二时间段的第二电池寿命值来确定总电池寿命值；以及剩余寿命模块，其被耦合于寿命值模块并且被配置为基于总电池寿命值来估计电池的剩余电池寿命。

这样的用于估计电池寿命的装置的实施方案可以包括下文的特征中的一个或多个。当第一时间段是浮充时间段并且寿命值模块是浮充寿命值模块时，电池监测器可以被配置为监测在第一时间段期间施加于电池的浮充电压，并且浮充寿命值模块可以被配置为监测电池的操作温度并且基于第一时间段的持续时间、电池的在第一时间段期间的操作温度以及浮充电压确定第一电池寿命值。浮充寿命值模块可以被配置为通过确定浮充寿命贡献并且依比例缩放浮充寿命贡献以计及电池在操作温度进行的化学反应的速率，来确定第一电池寿命值。当施加的浮充电压的电平被调整以补偿电池的操作温度时，浮充寿命值模块可以被配置为通过确定浮充寿命贡献并且依比例缩放浮充寿命贡献以计及在第一时间段期间施加的所调整的浮充电压电平，来确定第一电池寿命值。当第一时间段是浮充时间段并且寿命值模块是浮充寿命值模块时，电池模块可以被配置为监测第一时间段期间施加于电池的浮充电压，并且浮充寿命值模块可以被配置为监测电池在第一时间段之前的第三时间段期间的放电，确定电池在第三时间段期间放电的放电速率，并且通过基于浮充电压以及第一时间段的持续时间来确定浮充寿命贡献并且依比例缩放浮充寿命贡献以计及电池在第三时间段期间以放电速率进行放电，来确定第一电池寿命值。浮充寿命模块可以被配置为基于第三时间段超前于第一时间段的时间量来降低依比例缩放对浮充寿命贡献的影响。浮充寿命值可以是总电池寿命的渐减量并且浮充寿命模块可以通过将比例因子施用于浮充寿命渐减量来依比例缩放浮充寿命渐减量，其中，在第一放电速率低于第二放电速率时，用于第一放电速率的第一比例因子产生的第一时间段的依比例缩放的浮充寿命渐减量小于用于第二放电速率的第二比例因子产生的第一时间段的依比例缩放的浮充寿命渐减量。当第一时间段是放电时期并且寿命值模块是循环寿命值模块时，电池监测器可以监测电池在放电时期期间的放电，并且循环寿命值模块可以被配置为确定电池在放电时期内的放电速率和/或放电深度，基于放电速率和/或放电深度来确定估计的放电循环次数，并且通过基于估计的放电循环次数确定第一时间段的循环寿命贡献来确定第一电池寿命值。装置可以包括被配置为通过进行健康状态测试确定电池的容量的健康状态模块，并且剩余寿命模块可以被配置为基于被确定的容量调整剩余电池寿命。

根据本公开内容的用于估计电池寿命的另一个示例性装置包括：电池监测器，其被配置为监测在第一时间段期间施加于电池的浮充电压并且监测电池的充电特性；浮充寿命值模块，其被耦合于电池监测器并且被配置为监测电池的操作条件，并且基于电池的操作条件、浮充电压以及第一时间段的持续时间来确定第一浮充寿命贡献，并且使用第一浮充寿命贡献和第二时间段的第二浮充寿命贡献来确定总浮充寿命值；循环寿命值模块，其被耦合于电池模块并且被配置为确定电池在第三时间段内的放电速率和/或放电深度，基于放电速率和/或放电深度来确定估计的放电循环次数，基于估计的放电循环次数来确定第一时间段的第一循环寿命贡献，并且使用第一循环寿命贡献和第四时间段的第二循环寿命贡献来确定总循环寿命值；以及剩余寿命模块，其被耦合于浮充寿命值模块和循环寿命值模块并且被配置为基于总浮充寿命值和总循环寿命值来估计电池的剩余电池寿命。

本文讨论的各种实施方案可以提供下文的能力中的一种或多种。对何时电池应当被更换的估计可以被更有利地进行。操作温度的变化可以在确定电池寿命时被考虑在内。放电速率和/或放电深度可以在确定对电池寿命的影响时被考虑在内。

附图简述

图1是包括电池寿命估计系统的网络化不间断电源系统的框图。

图2是图1中的系统的不间断电源、电力源和负载的框图。

图3是电池寿命估计系统、电力源、外部电池和负载的实施方案的框图。

图4是确定图1-3的电池的剩余寿命的过程的流程图。

图5是确定图1-3的电池的剩余寿命的另一过程的流程图。

图6是确定图1-3的电池的剩余寿命的另一过程的流程图。

图7是确定图1-3的电池的剩余寿命的另一过程的流程图。

图8是组合了图5-7的过程要素的用于确定电池的剩余寿命的方法的实施方案的流程图。

图9是图8的过程的一部分的细节的流程图。

图10是用于补偿电池操作温度的寿命乘子函数(life multiplierfunction)的图。

图11是用于补偿先前的放电事件的乘子函数的图。

图12是示出了放电循环的预期次数对不同放电速率和放电深度的图。

图13A是图8的过程的另一部分的细节的流程图。图13B和13C是分别在图13A的过程的阶段546和548处使用的图。

图14是两个相继的放电/充电循环的图。

图15是用于确定用于如图14中所示的相继的放电/充电循环的循环寿命贡献的过程的实施方案的流程图。

在附图中，相似的部件和/或特征可以具有相同的参考标记。此外，相同类型的各种部件可以通过在参考标记之后加破折号以及区别相似部件的第二标记来进行区别。如果仅第一参考标记被用在说明书中，那么该描述适用于具有相同的第一参考标记的相似部件中的任何一个，而不考虑第二参考标记。

详细描述

实施方案提供用于估计电池的剩余寿命的技术。例如，电池是不间断电源(UPS)的后备电源。在UPS中，电池周期性地经历由电力故障、电力峰值以及其他异常的电力事件导致的放电事件。此外，电池在电池的整个寿命期间经常经历再充电事件以及浮动充电事件。浮动充电也称为涓流充电，用于通过施加产生充电电流以保持电池被充电的电压来保持电池被充电。在放电和充电循环期间以及在浮动充电时间段期间监测电池的特性。在这些被监测的时间段期间也监测环境条件和/或操作条件。充电/放电循环和浮动充电事件中的每个可以以不同的方式影响电池的寿命。某些充电速率或放电速率可以比其他的对电池的寿命更有害。本文提供的技术估计电池所经历的单个事件发生对电池的剩余寿命的影响。本技术考虑充电特性的影响以及电池所经历的各种环境条件和/或操作条件的影响。其他实施方案在本公开内容的范围内。

参照图1，用于向负载54提供后备电源并且传送电力状态的系统10包括UPS 12、网络14、计算机16和计算机17。UPS 12被配置为向负载54供应来自电力源52，例如交流源，的主电力或来自在UPS 12内部的电池的电池电力。可选择地，电力源52可以是与交流/直流变换器组合的直流源。电力源52是电力的源，例如向输出负载或负载组供应电力的设备或电力分配系统。电力源包括电力分配系统和其他一次能源或二次能源，例如电池、化学燃料电池、太阳能或风能系统、不间断电源、发电机和交流发电机。

UPS 12可以通过各种手段和协议，例如串行通信，与计算机16通信或直接与网络14通信。UPS 12可以向计算机16和网络14提供有关UPS 12的信息，例如UPS的内部电池的状态。UPS 12包括电池寿命估计系统60，电池寿命估计系统60用于估计UPS的内部电池的剩余寿命。UPS 12可以通过各种指示器，例如视觉指示器灯18和/或听觉指示器扬声器20，提供对坏的电池或有变坏危险的电池的指示，基于此来推荐更换。UPS 12还可以向计算机16发送指示电池需要更换或在不久后需要更换的信息，并且计算机16可以处理所接收的信息以在计算机16或连接于网络14的任何其他设备，例如计算机17，提供指示。可选择地，UPS 12可以直接连接于网络14以及连接于网络14的任何其他设备。

还参照图2，UPS 12包括壳体21、电力输入部22、电力输出部24、电接口电路26、电池28、处理器30、指示器32(此处是灯18和扬声器20)、电池监测器42、温度传感器46、存储器48、通信接口56以及电池寿命估计子系统60-1。输入部22被配置为连接于电力源52，接收并且朝向电接口电路26传输所接收的电力。电接口电路26被配置为接收来自输入部22的电力，接收来自电池28的直流电，向输出部24提供期望的交流(或直流)电，并且向电池28提供充电电力，如被处理器30引导的。电接口电路26可以或可以不在向输出部24提供所接收的能量之前改变所接收的能量。处理器30被配置为控制转换电路以调节向输出部24提供的电力源。输出部24被配置为连接于负载54并且向负载54转移电力。温度传感器46和电池监测器42分别被配置为测量电池28附近的温度以及电池28所经历的充电特性(例如放电、充电和浮动充电)，并且向处理器30提供该信息。处理器30还被配置为向指示器32发送信号，以控制灯18和扬声器20的致动，以提供电池28需要更换的指示。处理器30还可以在其自身和通信接口56之间交换信息，例如，电池28的状态，例如好的、坏的，的指示、所估计的剩余寿命的指示等等。通信接口56被配置为连接于计算机16和/或网络14并且向处理器30以及从处理器30转送信号。

电池寿命估计子系统60-1可以被处理器30控制或可以包括一个或多个耦合于处理器30的其他处理器。电池寿命估计子系统60-1包括剩余寿命模块38、浮充寿命值模块39、循环寿命值模块40以及健康状态模块41。电池寿命估计子系统60-1使用通过处理器30从温度传感器46和电池监测器42接收的操作条件和充电/放电特性来估计电池的剩余寿命。操作条件包括环境条件，例如电池操作温度。操作条件还包括电力异常事件，包括电力中断、电压起伏、电力峰值以及使UPS 12引起电池28放电以向负载54供应电力的类似事件。放电特性包括放电速率(例如相对于电池安培-小时额定值的放电电流)、放电的持续时间、放电深度(例如相对于额定的安培-小时的放电的安培-小时百分比)以及电池电压。充电特性包括充电电压电平以及充电曲线，包括浮充电压电平和持续时间、过电压充电水平和持续时间、充电中止时期(charging disabled period)、最终浮充电流以及充电安培-小时。

剩余寿命模块38从包括浮充寿命值模块39、循环寿命值模块40和健康状态模块41的其他模块接收电池寿命值。从这些模块接收的电池寿命值指示特定的事件对电池的剩余寿命的影响。通过使用下文描述的方法组合这些影响，剩余寿命模块38可以估计电池的剩余寿命并且随新的事件发生和操作条件变化保持更新该估计。两个寿命值模块监测可以影响电池寿命的不同类型的事件。浮充寿命值模块监测浮动充电时期并且循环寿命模块40监测放电和充电循环事件。

浮充寿命值模块39估计电池的浮充充电对电池寿命的影响。已经意识到，在浮充充电时期期间被施加于电池的不同的电压电平可以不同地影响电池的寿命。例如，测试已经显示出，某些电池趋于以较低的电压进行充电时具有较长的寿命。还已经意识到，操作温度对电池的寿命具有影响。还已经意识到，当电池被放电，然后浮动充电被在后续的时间段施加于电池时，电池的寿命取决于之前的时间段中的放电速率。例如，电池的浮充寿命测试包括周期性放电，以确定电池的容量并且因此确定电池变坏的时间。已经发现，在某些情况下，如果电池在放电时期期间以较低的速率放电，那么可以预期电池具有较长的寿命。浮充寿命模块39监测这些操作条件、浮动充电电压和放电速率，并且使用下文描述的方法中的一种或多种来确定它们如何影响电池的寿命。

循环寿命值模块40估计放电和再充电循环对电池的剩余电池寿命的影响。电池的放电速率和/或电池的放电深度影响电池的剩余寿命。循环寿命值模块使用从电池放电测试获得的数据以基于放电速率和/或放电深度估计电池在寿命内可以经受得住的放电和再充电循环的预期次数(例如以百分比表示的放电深度，其中100％是电池额定安培-小时的完全放电)。通过以各种速率使电池放电和放电至各种放电深度，可以获得电池在寿命内可以经受得住的预期放电次数的值。使用这些数据，循环寿命值模块40可以确定给定的放电和再充电事件对电池的剩余寿命的影响。

健康状态模块41用于给予关于电池的剩余电池寿命的后备指示。周期性地，电池可以被放电并且电池的容量可以被确定。例如，名称为UPSBATTERY REPLACEMENT(UPS电池更换)的专利申请第11/759,890号描述了用于确定电池健康状态的技术。健康状态测量可以是不精确的，直到电池被实质上退化。当健康状态测量更可靠时，它们被与其他电池寿命估计组合以改进剩余电池寿命估计的精确度。

参照图3，电池寿命估计系统60-2包括许多与图2的UPS系统12相同的模块，包括剩余寿命模块38、浮充寿命值模块39、循环寿命值模块40、健康状态模块41、电池监测器42、存储器48、电接口26、处理器30、通信接口56以及耦合于外部电力源52的输入部22。电接口电路26被耦合于外部充电器57，外部充电器57被连接于外部电池28，外部电池28被耦合于至负载54的电源。负载54可以是UPS或从电池28获取电力的任何其他电子设备。外部充电器57向电池供应电力以充电。外部充电器57可以被省略。电接口26可以被配置为向外部电池28供应电力以充电，或负载54可以供应电力以对电池进行充电。处理器30耦合于内部温度传感器46-1。优选地，温度传感器46-1紧邻外部电池28，使得从温度传感器46-1获得的温度指示电池46-1的操作温度。可选择地，处理器30耦合于在电池28的内部或附接于电池28的温度传感器46-2。由电池寿命估计系统60-2的模块执行的功能相似于上文关于图2的包括内部电池寿命估计子系统60-1的UPS 12讨论的那些。

参照图4，用于确定图1-3的系统中的电池的剩余寿命的过程110包括所示的各阶段。过程110仅是示例性的并且不作为限制。过程110可以被修改，例如通过加入、除去或重排列所示的阶段。过程110是用于确定电池的剩余寿命的一般过程。示例性的计算的更多细节在下文参照图5-7讨论。在阶段112，电池监测器42监测电池在第一时间段内的一个或多个充电和/或放电特性。充电/放电特性包括在浮充时间段期间被施加于电池的浮充电压。充电/放电特性可以还包括放电事件的放电速率和放电深度。

在某些实施方案中，电池寿命估计系统60的元件(例如电池监测器42和/或温度传感器46)位于智能电池模块内。在智能电池模块中的电池监测器42与处理器30之间具有通信，以通信温度、电压、电流等等。电池系统可以包括多个智能电池模块，并且当可获得充电/放电信息时，将电池寿命估计算法分别施用于每个电池模块，不仅是整个电池系统。单个电池模块可以被分别监测和更换。

在阶段114，寿命值模块中的一个或多个，即浮充寿命值模块39或循环寿命值模块40，监测电池的一种或多种操作条件。电池在阶段114受到监测的操作条件取决于正在被监测的电池事件的类型。对于涉及浮充时间段的事件来说，操作条件可以是电池在浮充时间段期间的操作温度，或在浮充时间段之前发生的放电事件。对于涉及放电循环的事件来说，操作条件是放电事件并且放电特性是放电事件的速率和深度。

在阶段116，寿命值模块中的一个或多个确定电池在第一时间段期间经历的第一电池寿命值。优选地，电池寿命值是由事件导致的电池寿命的渐减量的度量。电池寿命值计算基于事件的第一时间段的持续时间、电池经历的操作条件以及电池在第一时间段期间经历的充电或放电特性。用于确定不同的浮充寿命值和循环寿命值的细节在下文参照图5-7讨论。

在阶段118，寿命值模块中的一个或多个使用，例如使在阶段116确定的第一电池寿命值与用于第二时间段，例如在第一时间段之前的第二时间段，的第二电池寿命值组合来确定总电池寿命值。优选地，对第一时间段的事件是浮动充电时间段的情形来说，第二电池寿命值包括由浮充寿命值模块39确定的全部过去的浮充寿命渐减量。对于第一时间段的事件是放电循环的情形来说，第二电池寿命值包括全部过去的循环寿命渐减量。

在阶段120，剩余寿命值模块38基于总电池寿命值估计剩余电池寿命。总电池寿命可以包括浮动充电时间段和放电循环时间段二者的影响。优选地，剩余电池寿命将电池寿命渐减量累积的速率以及所估计的电池总寿命考虑在内。例如，假定所估计的电池寿命是5年并且在阶段116确定的第一电池寿命值指示电池寿命的20％已经在6个月内被用完，那么以该速率，电池将仅具有30个月或2.5年的被估计的剩余寿命。这是简单化形式，但是指示了一种在阶段120确定剩余寿命的方法。估计剩余电池寿命的其他方法的细节在下文讨论。

当在阶段120估计剩余电池寿命时，过程110在阶段122继续，在阶段122剩余寿命模块38确定剩余寿命是否低于一个或多个阈值水平，例如警告水平和/或立即更换阈值水平。如果在阶段122确定了电池寿命小于这些水平中的一个，那么过程110继续至阶段124，在阶段124剩余寿命模块38向通信接口56和/或指示器32传送电池寿命信息。例如，指示器灯18可以闪烁，指示电池应当在不久后被更换的警告，或如果电池需要立即更换，持续地保持指示器灯18开启。可选择地，如果电池需要立即更换，那么扬声器20可以发出警报。如果在阶段122确定了电池寿命大于阈值水平，那么过程110继续返回以继续阶段112-122的功能。

图5-7示出了其中过程110的一些阶段中的一般功能被特定的实施例代替的过程的实施例的流程图。参照图5，用于确定图1-3的系统中的电池的剩余寿命的过程210包括所示的阶段。过程210仅是示例性的并且不作为限制。过程210可以被修改，例如通过加入、除去或重排列所示的阶段。过程210监测浮动充电时间段并且确定表示因施加于电池的浮动充电导致电池寿命渐减的电池寿命值并且补偿电池的操作温度。在阶段212，电池监测器42监测在第一时间段期间施加于电池的浮充电压。第一时间段可以是其间施加浮充电压的周期性时间段，例如，如每小时、每天、每周、每月等等。可选择地，第一时间段可以是其间施加浮充电压并且其间没有其他事件例如电池放电发生的整个时间段的长度。浮充电压可以是在第一时间段期间被施加的平均浮充电压。如果浮充电压不显著地变化，那么浮充电压还可以是在第一时间段期间取得的单一读数。

在阶段214，浮充寿命值模块39监测电池在第一时间段期间的操作温度。操作温度从图2和3的温度传感器46中的一个获得。温度传感器可以是图3的电池寿命估计系统60-2的内部的温度传感器46-1，或电池的内部的温度传感器46-2。优选地，操作温度是电池在第一时间段内的平均操作温度。浮充寿命值模块39从温度传感器46接收周期性的例如每小时的温度测量结果。这些周期性的温度测量结果被存储在存储器中，并且第一时间段的平均温度被计算。可选择地，浮充寿命模块39可以使用在周期性的第一时间段，例如每小时期间取得的单一的周期性温度读数。

在阶段212和214继续监测，直到第一时间段结束。第一时间段可以在另一个事件结束浮动充电时期时，例如电池放电时，或在周期性的时间段结束时结束。在第一时间段结束时，过程210继续至阶段216，在阶段216浮充寿命值模块39基于第一时间段的持续时间、电池在第一时间段期间的操作温度以及在第一时间段期间被施加的浮充电压来确定第一电池寿命值。

浮充寿命值部分基于在基准温度下并且在所选择的浮充电压下进行充电的电池的预期使用期。电池制造者进行测试以确定以各种电压进行浮动充电的电池的预期使用期。电池的预期寿命基于所施加的浮充电压变化。通常，浮充电压越高，那么预期寿命越短。优选地，可获得提供以多个浮充电压电平进行充电的电池的预期寿命的测试数据。然而，对于某些应用来说，例如浮充电压不显著地变化的应用，单一的预期寿命值可以被使用。电池的预期寿命通常基于基准温度例如25℃来计算。

在阶段216确定的浮充寿命值还基于电池在第一时间段期间经历的操作温度来依比例缩放。正如由Arrhenius函数预测的，在基准温度每升高10℃时，化学反应的强度近似加倍。这意味着，预期在25℃的基准温度下浮动充电时具有5年预期寿命的电池在其整个寿命中在35℃下浮动充电时具有2.5年的寿命。因此，从基准温度下的电池测试数据确定的基准浮充寿命值可以被依比例缩放，以将电池的操作温度和基准温度之间的差异考虑在内。

例如，假定对第一时间段期间被施加的给定的浮充电压电平来说，电池具有在基准温度例如25℃下由“EL”表示的预期寿命，那么在温度BT下操作的电池的温度补偿寿命(TCL)可以通过以下等式来估计：

TCL＝EL/2^{[(BT-25℃)/10]}                (1)

优选地，在块216确定的浮充寿命值是基于百分数的对EL值的渐减量的形式。通过将其间施加浮充电压的第一时间段的时间长度除以等式1的TCL，可以获得电池寿命渐减量的被估计的百分数。假定第一时间段是ΔT天并且电池的EL以年计，那么表示电池寿命的百分数的浮充寿命渐减量(ΔFL)可以通过以下等式获得：

ΔFL＝{ΔT/[*EL/2^{[(BT-25℃)/10]}]}*100％    (2)

在块218，浮充寿命模块39组合在阶段216确定的浮充寿命渐减量ΔFL与第二时间段的第二浮充寿命值，例如先前确定和累积的第一时间段之前的时间段的浮充寿命渐减量。等式(2)的关系仅仅在电池在浮充时间段ΔT的持续时间内经历很小的温度变化或没有温度变化时是精确的。如果电池经历温度变化，那么新的浮充时间段应当被开始以用于新的电池温度BT。在阶段218累积浮充寿命渐减量以达到总电池寿命值。然后，在阶段218确定的总电池寿命值在阶段220被用于估计电池寿命。剩余电池寿命可以基于在阶段218确定的总电池寿命值以及基于浮充寿命渐减量经历的变化速率(例如，在电池的整个寿命内或在电池寿命的最近部分内的平均变化率)来估计。例如，如果电池的EL是5年并且在阶段218确定的总电池寿命值，即累积的浮充寿命渐减量是50％，那么将剩余50％寿命。如果在之前的六个月内的浮充寿命渐减量已经消耗电池寿命的20％，其等于电池寿命每年40％的渐减速率，那么剩余电池寿命被估计为是1.25年或十五个月(50％电池寿命除以电池寿命每年40％的渐减速率等于1.25年)。然而，优选地，其他电池寿命值组成部分，例如循环寿命渐减量和其他浮充寿命渐减量被包括在电池寿命估计中，如将在下文讨论的。在阶段222和224执行的功能与如上文参照图4讨论的相同。

在某些电池充电设备中，浮充电压变化以部分地补偿较高的操作温度。浮充电压可以在较高的温度较低，以补偿在较高的温度所经历的电池寿命的某些增加的渐减量。在等式2中使用的EL值可以基于为补偿温度升高而施加的浮充电压电平。可选择地，在EL值是基于单一的基准浮充电压和单一的基准温度的情况下，可以计算比例因子以补偿浮充电压补偿值。

参照图10，浮充寿命改进比例因子随电池温度变化，并且这可以用在浮充电压被变化以补偿温度的情况下。这是一种温度补偿算法的实施例，并且其他温度补偿算法可以产生不同的函数。在所示的实施例中，在25℃和更低温度下的浮充电压是基准浮充电压电平，并且浮充寿命乘子(LM)等于一。当温度升高至高达约45℃时，浮充电压被减小，这导致更长的浮充寿命估计。典型的浮充电压减小速率是每℃每2V标称电池约3mV。在所示的实施例中，LM值从在25℃的1.0线性地增加至在45℃的1.2。这是实施例并且可以不表示实际的电池和实际的算法。相似于图10中的曲线的曲线可以通过电池浮充寿命测试获得。

LM值用于依比例缩放由等式2得到的浮充寿命渐减量，以反映在第一时间段期间在操作温度施加的浮充电压电平。这简单地通过将在阶段216使用等式2确定的ΔFL值除以从例如图10中所示的函数获得的LM值而受到影响。例如，如果在第一时间段期间的操作温度是30℃并且基准ΔFL是5％，那么依比例缩放的ΔFL将是5/1.05或约4.76％。

浮充寿命值还可以受到过去的放电事件的影响，如上文讨论的。参照图6，用于确定图1-3的系统中的电池的剩余寿命的过程310包括所示的阶段。过程310仅是示例性的并且不作为限制。过程310可以被修改，例如通过加入、除去或重排列所示的阶段。过程310监测浮动充电时间段并且确定表示由施加于电池的浮动充电导致的电池寿命渐减的电池寿命值并且补偿在浮动充电时间段之前发生的过去的放电事件。

过程310在阶段314开始，在阶段314，浮充寿命模块39监测电池在浮动充电时间段之前的时间段期间的放电。浮充寿命值模块39从电池监测器42接收指示放电事件的数据。优选地，浮充寿命值模块39接收指示电池进行放电的电流的周期性数据，例如每1分钟、5分钟、10分钟等等。

当从电池监测器42接收的数据指示放电事件已经结束，过程310继续至阶段315，在阶段315浮充寿命值模块39确定电池放电的速率。速率可以是在阶段314被监测的周期性放电速率的平均值。

在阶段312，电池监测器42监测在放电事件之后的时间段期间被施加于电池的浮充电压。继续至阶段316，浮充寿命值模块39通过基于第一时间段的持续时间和在第一时间段期间被施加的浮充电压确定基准浮充寿命贡献来确定第一电池寿命值。基准浮充寿命贡献优选使用上文的包括温度依比例缩放的等式2来确定为浮充寿命渐减量。然而，温度依比例缩放可以被省略。

该浮充寿命渐减量被依比例缩放以计及之前电池在所监测的放电时期期间以放电速率放电。参照图11，示出了以浮充寿命乘子相对于放电速率绘图的函数的实施例。这是其中电池寿命在高放电速率时期之后的浮动充电时期期间以较高的速率减少电池寿命的电池的实施例。放电速率越高，那么浮充寿命乘子越小。换句话说，浮充寿命渐减量因从电池获取的电流增加而增加，如就归一化电池电流(CA)所测量的。CA安培等于实际的安培除以C，其中C是等于电池的额定安培-小时的数值的无量纲数。图11中的曲线示出了，从零CA(无放电)至约0.2CA，浮充寿命乘子是1.0。从约0.2CA至约3.0CA，浮充寿命乘子从1.0减小至约0.67。

在本实施例中，推出浮充寿命乘子，使得如使用等式(2)确定的基准浮充寿命值ΔFL除以浮充寿命乘子，以达到被依比例缩放的浮充寿命渐减量。例如，如果放电速率是1CA并且基准ΔFL被确定为5％，那么依比例缩放的ΔFL将是5/0.9或约5.6％。可选择地，可以推出浮充寿命乘子，使得ΔFL被倍增以用于依比例缩放。图11中示出的函数是实施例并且可以不表示实际的电池。相似于图11中的曲线的曲线可以通过电池浮充寿命测试获得。

当多于一个放电事件在施加浮充电压的第一时间段之前时，则最近的放电速率被用于确定浮充寿命乘子。图11的浮充寿命乘子假定放电是深的和频繁的。当放电是不频繁的时，寿命乘子可以依比例缩减或被忽略。例如，如果最近的放电时期比阀值天数早，那么浮充寿命乘子朝向1的值增加，或可选择地，图11使用的CA放电速率可以被依比例降低，使得浮充寿命渐减量被相似地减小。例如，如果放电时期超前多于35天，那么放电速率可以乘以D/35，其中D是放电时期的天数。然而，35天时间段是实施例，还可以使用其他时间段，例如20、25、30、40、45、50、55、60天或更多天。可选择地，在20、25、30、35、40、45、50、55、60天或更多天之前的放电事件可以被忽略。相似地，如果以前的放电事件是表面放电并且放电在正常放电截止电压即将发生之前结束，那么寿命乘子被依比例缩放使得对浮充寿命渐减的影响被减小或消除。过程310的其余阶段318-324分别按照与上文讨论的过程110和210中的阶段118-124和218-224相似地实施。

除了影响电池寿命的浮动充电时期之外，放电时间段或放电/再充电循环也影响电池的寿命。这些循环对电池的寿命的影响被称为循环寿命值。参照图7，用于确定图1-3的系统中的电池的剩余寿命的过程410包括所示的阶段。过程410仅是示例性的并且不作为限制。过程410可以被修改，例如通过加入、除去或重排列所示的阶段。过程410在两个主要方面不同于过程210和310。不是监测第一时间段期间的浮充电压，如在过程210和310中的阶段212中，而是监测电池在第一时间段内的放电。此外，电池的操作条件不是温度，如在过程210中的，或不是第一时间段之前的先前的放电事件，如在过程310中的，电池的操作条件是在第一时间段期间的放电事件。

过程410在阶段412开始，在阶段412电池监测器42监测电池在第一时间段期间的放电。循环寿命值模块40从电池监测器42接收指示放电事件的数据。优选地，循环寿命值模块40接收指示电池正在进行放电的电流的周期性数据，例如每1分钟、5分钟、10分钟等等。

当从电池监测器42接收的数据指示放电事件已经结束，过程410继续至阶段414，在阶段414循环寿命值模块40确定电池放电的速率以及电池在第一时间段期间的放电深度。速率可以是在阶段412被监测的周期性放电速率的平均值。放电深度通过在第一时间段内对放电速率进行积分并且将此结果与电池的额定容量相比来确定。

在阶段415，循环寿命值模块40确定电池在寿命中可以被预期经受得住的估计的放电循环次数。基于测试期间累积的数据来进行估计。电池可以经受得住的循环次数是放电速率和/或放电深度的函数。参照图12，两个曲线70和72示出了放电循环的预期次数与放电深度的关系。曲线70表示低放电速率时的放电循环的预期次数，而曲线72表示高放电速率时的放电循环的预期次数。这些曲线70和72是实施例，并且放电测试可以被进行以获得实际电池的相似的曲线。可以在本领域中使用具有将放电速率和放电深度传送至数据中心且在电池达到寿命终点时也进行传送的电池寿命估计系统60的现场设备来完成测试。测试可以显示出，放电循环的预期次数是放电深度的函数而不是放电速率的函数，或是放电速率的函数而不是放电深度的函数。如果这些中的任何一个为真，那么循环寿命模块40可以在阶段414确定放电速率和/或放电深度，但是不需要确定全部二者。

循环寿命模块40内插表示曲线70和72的数据，以确定电池可以被预期经受得住的这种类型的放电循环的预期次数(N)，如由放电速率和/或放电深度表征的。继续至块415，循环寿命模块通过基于在阶段415确定的放电循环次数(N)确定循环寿命贡献来确定第一电池寿命值。例如，如果在阶段415确定了可以预期经受得住1000次这种类型的放电/再充电循环，那么循环寿命模块40将确定循环寿命渐减量(ΔCL)将是1/1000或0.1％。

在块418，循环寿命模块40组合在阶段416确定的循环寿命渐减量ΔCL与第二时间段的第二循环寿命值，例如在第一时间段之前的放电时间段的之前确定的和累积的循环寿命渐减量。然后在阶段420，所累积的电池渐减量被剩余寿命模块38使用，以估计剩余的电池寿命。在阶段422和424进行的功能与上文分别参照过程110、210和310的阶段122和124、222和224以及322和324讨论的那些功能相同。

优选地，剩余寿命模块38被配置为组合由浮充寿命模块39和循环寿命模块40二者确定的全部电池寿命值。这种组合包括使用过程210关于温度依比例缩放的以及使用过程310关于之前的放电循环依比例缩放的浮充寿命值，例如浮充寿命渐减量，以及循环寿命值，例如使用过程410确定的循环寿命渐减量。参照图8，用于组合浮充寿命贡献和循环寿命贡献的过程510包括所示的阶段。过程510仅是示例性的并且不作为限制。过程510可以被修改，例如通过加入、除去或重排列所示的阶段。在阶段512，浮充寿命模块39、循环寿命模块40和/或健康状态模块41确定电池寿命触发事件或时间阀值事件是否已经发生。触发事件可以是放电事件的开始和结束、浮动充电时间段的结束等等。过程510继续以在可变延迟循环中循环回阶段512，直到发生事件，由此进行浮充寿命值、循环寿命值或健康状态的状态检查。

如果在阶段512确定已经发生了影响电池寿命的事件，那么过程510继续至阶段514，在阶段514浮充寿命值模块39确定是否将进行浮充寿命贡献确定。如果确定将进行浮充寿命贡献，那么过程510继续至阶段516，在阶段516浮充寿命值模块执行在过程210的阶段212、214、216和118的功能，和/或在过程310的阶段314、315、312、316和118的功能，如上文讨论的。然后，在块118确定的总浮充寿命值(OFLV)前进至剩余寿命模块38，并且过程510继续至阶段526，在阶段526剩余寿命模块38估计剩余电池寿命。在阶段526执行的功能的细节在下文参照图9讨论。

如果在阶段514确定了浮充寿命贡献不被确定，那么过程510继续至阶段518，在阶段518循环寿命值模块确定循环寿命贡献是否将被进行。如果确定将进行循环寿命贡献，那么过程510继续至块520，在块520循环寿命值模块进行在过程410的阶段412、414、415、416和118的功能，如上文讨论的。在阶段118确定的总循环寿命值前进至剩余寿命模块38，并且过程510继续至阶段526，在阶段526剩余寿命模块38估计剩余电池寿命。

如果在阶段518确定了循环寿命贡献不被确定，那么过程510继续至阶段522，在阶段522健康状态模块41确定是否安排健康状态测试。可以周期性地安排健康状态测试。当电池变得老化时，可以期望较频繁的测试。如果在阶段522确定发生安排健康状态测试，那么过程510继续至阶段524，在阶段524健康状态模块确定电池的健康状态增量(delta)(ΔSOH)。优选地，ΔSOH值是估计的百分数调整量以应用于估计剩余电池寿命。ΔSOH值在阶段526被剩余寿命模块38用来基于浮充寿命贡献和循环寿命贡献调整电池寿命估计值。当测试确定的健康状态为低水平时，ΔSOH值调整剩余寿命估计值，以更紧密地匹配健康状态估计值，由此，SOH测试结果通常更精确。组合SOH值与浮充寿命贡献和循环寿命贡献的方法的细节在下文参照图13讨论。

参照图9，在过程510的阶段526由剩余寿命模块38进行的功能的细节包括所示的阶段。图9中所示的阶段仅是示例性的并且不作为限制。图9中的阶段可以被修改，例如通过加入、除去或重排列所示的阶段。在阶段528，从浮充寿命值模块39接收由在过程510中的阶段516确定的总浮充寿命值(OFLV)。OFLV(以百分数表示)包括直至当前日的全部累积的浮充寿命贡献，本实施例中的渐减量。剩余寿命模块38计算OFLV在最近N天内的变化速率，其中N被选择为表示近期的被施加于电池的充电、放电和环境因素，并且其中电池在之前N天内的使用被预期持续到将来。OFLV(-N)表示N天以前的OFLV，并且OFLV(O)表示当前的OFLV。因此，在阶段528计算的FL/天是浮充寿命在之前的N天期间的以每天百分数表示的平均损失。

在阶段530，从循环寿命值模块40接收在过程510中的阶段520确定的总循环寿命值(OCLV)。OCLV(以百分数表示)包括直至当前日的全部累积的循环寿命贡献，本实施例中的渐减量。剩余寿命模块38计算OCLV在最近N天内的变化速率，其中N被选择为表示近期的被施加于电池的充电、放电和环境因素，并且其中电池在之前N天内的使用被预期持续到将来。OCLV(-N)表示N天以前的OCLV，并且OCLV(O)表示当前的OCLV。因此，在阶段530计算的CL/天是循环寿命在之前的N天期间的以每天百分数表示的损失。

在阶段532，剩余寿命模块38通过从100％减去OFLV和OCLV来计算剩余寿命百分数。ΔSOH值是在阶段540由健康状态模块41确定的值并且将下文参照图13详细地讨论。健康状态是电池能够递送的与其标称额定值相比的安培-小时(或瓦特-小时)的度量。新电池具有约100％的健康状态。对于电池寿命的大约前60％至70％来说，健康状态保持在约90％至约100％之间的高值，并且健康状态和剩余电池寿命的百分数之间几乎没有相关性。因为这个原因，ΔSOH值被设置为在电池是新的时等于零，并且不作出对电池寿命的调整。在电池健康状态小于约90％之前，在健康状态和剩余寿命之间不具有强相关性。

当ΔSOH等于零时，在阶段532计算的寿命(％)反映出扣减了OFLV值和OCLV值两者。例如，如果OFLV＝20％并且OCLV＝10％，那么寿命(％)将估计70％的剩余电池寿命。当SOH测试显示出显著的电池寿命损失时，ΔSOH将被设置为用于迫使在阶段532的剩余寿命计算更紧密地匹配SOH测试指示的值。每次在图8的过程510中的块524进行SOH测试时更新ΔSOH值。健康状态测试可以根据预定义的安排被手动地或自动地启动。其还可以与导致UPS由电池电力操作延长的时间的电力源52的随机停电条件同时实现。

在阶段534，剩余寿命模块38基于每天浮充寿命值和循环寿命值的总损失来计算剩余电池寿命的天数。FL/天和CL/天值在本实施例中被线性组合。可选择地，它们可以被基于权重进行组合，其中一个被给予比另一个高的权重或置信值。浮充寿命值可以向其中浮充寿命贡献决定电池寿命计算的区域给予较高的权重。循环寿命值可以在其中具有许多停电、电压起伏、电涌并且由循环寿命贡献决定的区域中被给予较高的权重。

在阶段536，剩余电池寿命可以传送至用户。如果剩余电池寿命低于一个或多个阀值，那么可以传送电池应当在不久后或立即被更换的警告或警报。在阶段532计算的寿命(％)值在阶段540被传送至健康状态模块41。

参照图13A，在阶段540由健康状态模块41执行的功能的细节包括所示的阶段。图13A中所示的阶段仅是示例性的并且不作为限制。图13A中的阶段可以被修改，例如通过加入、除去或重排列所示的阶段。在阶段542，健康状态模块41进行SOH测试。SOH测试事件信号引起测试。当SOH测试将电池操作温度考虑在内时，健康状态模块41接收电池温度的指示。SOH测试通常涉及以稳态电流运行电池降至低电压电平。然后电池的容量被确定并且以SOH(％)测量结果输出。SOH(％)测量结果是在SOH测试期间确定的容量与健康电池的预期容量的比。

在完成SOH测试时，过程540继续至阶段544，在阶段544应用SOH(％)和寿命(％)变量的阈值。寿命(％)是在图8和9中示出的阶段526的剩余寿命模块38确定的最近的剩余电池寿命估计值。两个阀值在阶段544被应用。第一个涉及SOH测试使用的SOH(％)阀值。如果SOH(％)小于或等于90％，那么过程继续至阶段546和548，在阶段546和548SOH(％)被分别用于估计剩余电池寿命和确定加权因子K1和K2。该90％阀值是一种最大阈值，低于该阈值时SOH测试被通常判断为是精确的并且可用于估计电池寿命的低值。在高于90％时，SOH(％)优选仅被用于指示估计的最小电池寿命。

在阶段544应用的第二阀值在SOH(％)大于90％时适用。在这种情况下，如果寿命(％)估计小于约31％，那么寿命(％)低于最小的预期寿命。这从在阶段546使用的剩余电池寿命图明显看出并且在下文讨论。在这种情况下，通过在阶段544将目标寿命(TL)变量设置为31％并且设置权重K1＝0并且设置权重K2＝l而忽略寿命(％)。目标寿命TL是基于SOH测试的寿命剩余目标百分数。这在阶段550使用权重K1和K2与寿命(％)估计值组合，以确定所调整的寿命百分数AL(％)。通过设置TL＝31、K1＝0并且K2＝1，由在阶段550执行的功能将迫使AL(％)为31％。对于其中SOH(％)低于90％的SOH测试，设置K1和K2值，以使寿命(％)和TL的权重值来确定AL。

如果在阶段544SOH(％)大于90％并且寿命(％)估计值小于31％，那么过程540继续至阶段550，在阶段550迫使所调整的寿命变量AL为31％。如果在阶段544SOH(％)小于90％并且寿命(％)大于31％，那么不进行进一步的行动并且ΔSOH值保持不变，因此使在532(图9)确定的寿命(％)保持不变。如果在阶段544SOH(％)小于90％，那么过程540继续至阶段546和548，阶段546和548在本实施例中被示出为是并行的，但是可以被相继地进行。在阶段546，SOH(％)水平被用于估计目标寿命TL。TL是仅从在阶段542确定的SOH(％)值得到的剩余寿命。之后在阶段550使用权重K1和K2使TL与寿命(％)组合。

图13B中示出的图被用于在阶段546确定剩余寿命百分数。该图图示了剩余寿命百分数(在此处是TL)与SOH(％)的关系的两个部分。图包括SOH(％)值大于90％的虚线部分。这表明图的该部分中，SOH(％)不是剩余电池寿命的精确指示物。因为在阶段544的阀值测试将因为SOH(％)值大于90％而使过程不再继续至阶段546，所以显示图的此部分是为了清楚的目的。在阶段546的图的第二部分是SOH(％)值低于90％。图的此部分示出了估计的剩余电池寿命从约90％的SOH(％)时的约31％变化至约60％的SOH(％)时的0％的剩余寿命值。健康状态模块41内插表示图13B的图的数据以确定将在阶段550与寿命(％)估计值组合的TL值。其他电池可以展示与图13B中示出的图不同的剩余寿命估计值对SOH(％)的形式。在所示的实施例中，电池将在60％的SOH(％)被更换，但是曲线可以被调整使得电池在SOH(％)的另一个值被更换，例如50％、65％、70％、75％或80％。

在阶段548，健康状态模块41确定用于组合SOH(％)估计值和寿命(％)估计值的权重K1和K2。图13C中示出的图被用于在阶段548确定权重K1和K2。图示出了权重对SOH(％)值小于或等于约90％的SOH(％)的两条曲线。关于K1的曲线从约60％的SOH(％)时的0.2的值线性地变化至约90％的SOH(％)时的约0.5的值。关于K2的曲线从约60％的SOH(％)时的0.8的值线性地变化至约90％的SOH(％)时的约0.5的值。K1+K2的总和是1.0。健康状态模块41内插表示基于在阶段542确定的关于小于或等于90％的全部SOH(％)的SOH(％)值的K1和K2的曲线的数据。权重K1和K2被配置为使得当SOH(％)变得越来越接近60％并且其中在本实施例中剩余电池寿命是零时，K2的值变得越来越大，使得在阶段550基于权重确定的AL值朝向在阶段546基于SOH(％)的TL估计值的权重更大些。当SOH更大但是仍然被判断为是精确的时，权重更接近，使得寿命(％)估计被给予更多权重。K1和K2的曲线在本实施例中是线性的，但是可以是非线性的。

一旦在阶段546确定了TL值并且在阶段548确定了权重K1和K2之后，那么过程540继续至阶段550，在阶段550AL值基于TL估计值、寿命(％)估计值以及权重K1和K2来确定。AL值是将如图8和9中所示的最近的SOH测试以及在块526进行的最近的剩余寿命估计考虑在内的剩余电池寿命的百分数。

当在阶段550确定了AL值之后，过程540继续至阶段552，在阶段552确定对剩余寿命估计的ΔSOH修改。ΔSOH表示为了迫使在阶段526进行的最近的剩余寿命估计值等于在阶段550确定的AL值所需要的修改。ΔSOH被设置为等于AL百分数减去100％，再加上用于估计最近的寿命(％)估计值的浮充寿命和循环寿命的最近累积的OFLV和OCLV百分数值。在阶段552确定的ΔSOH前行至阶段554的取样和保持(sample andhold)。在取样和保持阶段554的ΔSOH值保持固定，直到过程540被重复。取样和保持阶段554将ΔSOH值前行至剩余寿命模块38，使得最近的ΔSOH值可以在做出下一次剩余寿命估计时被使用。推出阶段552的功能用于OFLV和OCLV值是寿命渐减量的情况。OFLV和OCLV的寿命值的其他形式可以被用于阶段552的被相应修改的功能。

参照图7的过程410讨论的方法可以被用于计算当电池在下一次放电循环开始之前被完全再充电时用于放电循环的循环寿命贡献。如果上文参照过程410讨论的方法被应用于包括两次放电循环的情况，其中在第一次放电循环之后，电池被完全再充电之前，才开始第二次放电循环，那么将误差引入总电池寿命值计算中。

这种情况的实施例在图14中描绘。第一放电循环74在点A开始，在点A电池被完全地充电。第一次放电循环74在点B结束，具有60％的放电深度(DOD)。第一次充电循环76在点B开始并且在点C结束，在点C第二次放电循环78开始。在第一次充电循环76结束时，电池被部分地充电并且DOD从60％减小至20％。第二次放电循环78在点D结束，为70％的DOD。第二次充电循环80将电池完全地充电至0％的DOD。

如果过程410的方法被应用于放电循环74和78二者，那么第一次放电循环74的循环寿命贡献将基于60％的DOD并且第二次放电循环78的循环寿命贡献将基于70％的DOD。然而，这将相应于130％的总放电，然而总放电实际上是放电循环74的60％以及放电循环78的50％(点C为20％的DOD并且点D为70％的DOD，导致50％放电的变化)，得到总计110％的总放电。因此，使用过程410的简单方法将导致对第二次放电循环78的循环寿命贡献约20％的过高估计。

可选择的方法提供了确定其中在充电循环已经将电池充电至完全充电的条件之前开始放电循环的情况的循环寿命贡献的方式。过程410的简单方法利用了对于给定的DOD，电池可以在寿命中可以预期经历的放电/充电循环次数的估计值，其中电池在每次放电之后被完全地再充电。此处讨论的方法使用归一化循环度量。表1列出了相似于图12的曲线70和72的数据。表1的第一列列出了DOD(以百分数表示)并且第二列列出了对于第一列的给定的DOD，电池在寿命中所预期具有的预期的循环次数。第三列列出了电池在寿命中可以被预期具有的归一化循环，其中归一化循环值通过将第一列的DOD乘以第二列的循环次数来获得。

表1

DOD(％)	循环	归一化循环(循环*DOD)
			100	201	201
70	362	253
			50	555	277
40	765	305
			30	1113	334
20	1708	342
			10	3615	362
5	7651	383
			2.5	17083	427

第三列的归一化循环次数可以被认为是电池在寿命中可以预期的完整的(100％)放电/充电循环次数。例如，当DOD是100％时，电池可以预期201次完整循环。当DOD是70％时，电池可以预期362次70％的放电/充电循环，但是这仅等效于253次完整的放电/充电循环。在循环寿命贡献计算中使用归一化循环次数以及DOD依比例缩放允许改善电池在之前的放电事件之后已经被完全再充电之前才开始放电循环的循环寿命贡献的确定。

参照图15，确定用于相继的放电/充电循环的循环寿命贡献，例如图14的那些，的过程610包括所示的阶段。过程610仅是示例性的并且不作为限制。过程610可以被修改，例如通过加入、除去或重排列所示的阶段。过程610可以被循环寿命值模块40执行以进行在过程410中的阶段414、415和416的处理。

过程610在阶段612开始，在阶段612初始值被设置为在过程610中使用的变量。放电深度变量DOD被设置为零，ΔDOD变量被设置为零，并且IOLD变量被设置为零。DOD变量被用于追踪电池的即时(当前时间)放电深度或净放电深度。ΔDOD变量被用于追踪当前放电事件的放电深度。IOLD变量被用于检测由变量“I”表示的电流从正(充电)变化为负(放电)或相反变化的时间。

在阶段614，从电池监测器42或处理器30接收电流I。电流I是归一化值，其等于以安培表示的实际电流除以无量纲的额定安培-小时C。在阶段616，如果电流小于零，那么过程610继续至阶段618以估计在放电事件期间的放电深度。如果在阶段616电流大于或等于零，那么过程610继续至阶段636以估计在充电事件期间的放电深度。

过程610将参照图14中示出的放电和充电循环被进一步描述。在放电循环74中的点A开始，电流I在阶段616是负的并且过程610继续至阶段618。在阶段618，变量ΔDOD被设置为等于零，并且在阶段620，IOLD变量被设置为等于在阶段614被接收的电流I的值。

在阶段622，在时间段ΔT内对电流I积分并且加上即时的DOD值和即时的ΔDOD值，以基于电流I估计放电深度。在本实施例中示出了简单的一阶数字求和，但是可以使用积分的其他方法。

在阶段624，电池的电流I的新的测量被接收。在阶段626，确定新的电流I的SIGN是否与之前的电流值(IOLD)的SIGN相同。如果电流I小于零，那么SIGN函数返回负值，而如果电流I大于或等于零，那么SIGN函数返回正值。这样，过程610确定何时第一放电循环74结束并且第一充电循环76开始。如果在阶段626的判断是肯定的，那么过程610返回至阶段620，并且阶段620至626继续，直到第一放电循环74在点B结束。

在第一放电循环74中的从点A至点B的处理阶段620-626之后，电流I从负值变化至正值，并且过程610从阶段626继续至阶段628，以计算第一放电循环74的循环寿命贡献。在该点，DOD等于60％并且ΔDOD也等于60％。在阶段628，电池在寿命中可以预期经受住的归一化循环次数是基于第一放电循环74展示的60％的DOD来确定。这可以通过内插表1中的数据来实现。在60％的DOD，NORM_CYCLES变量等于265次循环。

在阶段630，归一化循环通过除以60％的ΔDOD被去归一化。在这种情况下，如果ΔDOD等于DOD，那么归一化循环被简单地变换回至表1的第二列的循环值，或458.5次循环。归一化循环和ΔDOD影响循环寿命计算，如下文讨论的。

在阶段632，循环寿命贡献ΔCL(以百分数表示)被设置为等于CYCLES(485.5)的倒数或约0.22％。在阶段634，约0.22％的ΔCL与之前确定的循环寿命贡献组合以确定总循环寿命值。如上文讨论的，总循环寿命值被用于计算剩余电池寿命，如上文讨论的。返回至阶段614，新的电流I被接收，新的电流I现在在第一充电循环76中是正值。继续至阶段616，正电流I导致过程610前进至阶段636，以估计在第一充电事件76期间的放电深度。

阶段636、638、640和642分别与阶段618、620、622和624相似地起作用，除了在充电事件期间在阶段638不需要ΔDOD值之外。由于电流I，DOD值在整个第一充电循环76期间减小，直到电流I在点C变为负值并且第二放电循环78随之发生。在此时，过程610从阶段642行进至阶段614，然后行进至阶段616，且变量DOD等于20％(见图14中的点C)。

在阶段616，负电流I使过程610行进至放电事件阶段618至626。阶段618-626被进行，直到时间达到点D，在点D电流I从负值变为正值。在该点，DOD的值是70％并且ΔDOD的值是50％，因为DOD在第二放电循环78期间从20％变化至70％。

继续至阶段628，使用表1中关于70％的DOD的数据计算归一化循环等于253。在阶段630，归一化循环通过除以50％的ΔDOD被去归一化，得到等于506的CYCLES。50％的ΔDOD用于使确定循环寿命值的NORM_CYCLES变量去归一化。如果70％的DOD被用于去归一化NORM_CYCLES，那么CYCLES将等于约362，这将导致更大的循环寿命贡献。

在阶段632，循环寿命贡献ΔCL被计算为是约0.20％。在阶段634，0.20％的ΔCL被与之前的放电时期的总循环寿命值组合。过程610继续返回至阶段614，并且将使第二充电循环80从点D行进至点E。

在计算循环寿命计算时通过使用归一化循环获得的精确度是相当大的。如果70％的DOD值(来自图14中的点D)被用于使归一化循环去归一化，其相当于不使用归一化循环方法，那么与对于50％的ΔDOD的0.20％相比，对于第二放电循环计算的ΔCL将是约0.28％(1/362)。当与对于第一放电循环74确定的0.22％的ΔCL组合时，使用规则的循环计算的总循环寿命值得到约0.5％，并且使用归一化循环计算的总循环寿命值得到约0.42％。因此，将使用规则的循环与使用归一化循环相比，具有对循环寿命贡献的约20％的过高估计。这与上文讨论的实施例相当匹配，其中过程410的方法将计算用于放电循环1和2的130％的总放电的循环寿命，然而用于放电循环1和2的总放电是110％(130除以110等于1.2，或20％过高估计)。

表1中示出的数据仅是示例性的。某些类型的电池可以展示不同放电速率的不同的预期循环次数。可以获得关于这些类型的电池的不同放电速率的与表1相似的不同的数据表。

上文讨论的电池寿命估计方法的细节中的某些基于包含铅-酸化学的电池。然而，本公开内容的方法可以被应用于其他电池化学。例如，影响其他类型的电池的环境特性和充电/放电特性可以与上文讨论的那些完全不同，并且用于估计电池寿命的数学关系和/或经验关系可以是不同的。此外，不是所有的铅-酸化学都是相同的，因此可以对数学关系和/或经验关系做出调整以补偿某些电池化学以及，可能地，甚至电池构建方法。

其他实施方案在本公开内容的范围内。

Claims (21)

1.一种估计电池寿命的方法，所述方法包括：

监测电池在第一时间段期间的充电特性；

监测所述电池的操作条件；

基于所述电池的所述操作条件、所述充电特性以及所述第一时间段的持续时间来确定所述第一时间段的第一电池寿命值；

使用所述第一电池寿命值和第二时间段的第二电池寿命值来确定总电池寿命值；以及

基于所述总电池寿命值来估计所述电池的剩余电池寿命。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一时间段是浮充时间段，所述操作条件包括所述电池的操作温度，所述充电特性包括施加于所述电池的浮充电压，并且确定所述第一电池寿命值是基于所述第一时间段的所述持续时间、所述电池在所述第一时间段期间的所述操作温度，以及所述浮充电压。

3.根据权利要求2所述的方法，其中确定所述第一电池寿命值还包括确定浮充寿命贡献并且依比例缩放所述浮充寿命贡献以计及所述电池在所述操作温度进行的化学反应的速率。

4.根据权利要求2所述的方法，还包括调整所施加的浮充电压的电平以补偿所述电池的所述操作温度，并且其中确定所述第一电池寿命值包括确定浮充寿命贡献并且依比例缩放所述浮充寿命贡献以计及所述第一时间段期间施加的所调整的浮充电压电平。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一时间段是浮充时间段，所述电池的所述操作条件包括所述电池在所述第一时间段之前的第三时间段中的放电期间的放电，并且所述充电特性包括施加于所述电池的浮充电压，所述方法还包括：

监测所述电池在所述第三时间段期间的放电；以及

确定电池在所述第三时间段期间放电的放电速率，

其中确定所述第一电池寿命值包括：

基于所述浮充电压和所述第一时间段的所述持续时间来确定浮充寿命贡献；以及

依比例缩放所述浮充寿命贡献以计及所述电池在所述第三时间段期间以所述放电速率进行放电。

6.根据权利要求5所述的方法，还包括基于所述第三时间段超前于所述第一时间段的时间量来降低所述依比例缩放对所述浮充寿命贡献的影响。

7.根据权利要求5所述的方法，其中在所述第三时间段中的放电事件是在所述第一时间段之前发生的多个放电事件中的最近的一个。

8.根据权利要求5所述的方法，其中所述浮充寿命值包括对所述总电池寿命的渐减量，并且依比例缩放所述浮充寿命渐减量包括将比例因子施用于所述浮充寿命渐减量，其中，在第一放电速率低于第二放电速率时，用于所述第一放电速率的第一比例因子产生的所述第一时间段的依比例缩放的浮充寿命渐减量小于用于所述第二放电速率的第二比例因子产生的所述第一时间段的依比例缩放的浮充寿命渐减量。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一时间段是放电时期，所述方法还包括：

监测所述电池在所述放电时期期间的放电；

确定所述电池在所述放电时期内的放电速率和/或放电深度；以及

基于所述放电速率和/或所述放电深度来确定估计的放电循环次数，

其中确定所述第一电池寿命值包括基于所述估计的放电循环次数来确定所述第一时间段的循环寿命贡献。

10.根据权利要求1所述的方法，还包括：

通过进行健康状态测试来确定所述电池的容量；以及

基于所确定的容量来调整所述剩余电池寿命。

11.一种用于估计电池寿命的装置，所述装置包括：

电池监测器，其被配置为监测电池在第一时间段期间的充电特性；

寿命值模块，其被耦合于所述电池监测器并且被配置为：

监测所述电池的操作条件，

基于所述电池的所述操作条件、所述充电特性以及所述第一时间段的持续时间来确定所述第一时间段的第一电池寿命值，以及

使用所述第一电池寿命值和第二时间段的第二电池寿命值来确定总电池寿命值；以及

剩余寿命模块，其被耦合于所述寿命值模块并且被配置为基于所述总电池寿命值来估计所述电池的剩余电池寿命。

12.根据权利要求11所述的装置，其中所述第一时间段是浮充时间段并且所述寿命值模块是浮充寿命值模块，所述电池监测器被配置为监测在所述第一时间段期间施加于所述电池的浮充电压，并且所述浮充寿命值模块被配置为监测所述电池的操作温度并且基于所述第一时间段的所述持续时间、所述电池在所述第一时间段期间的所述操作温度以及所述浮充电压来确定所述第一电池寿命值。

13.根据权利要求12所述的装置，其中所述浮充寿命值模块被配置为通过确定浮充寿命贡献并且依比例缩放所述浮充寿命贡献以计及所述电池在所述操作温度进行的化学反应的速率，来确定所述第一电池寿命值。

14.根据权利要求12所述的装置，其中所施加的浮充电压的电平被调整以补偿所述电池的所述操作温度，并且所述浮充寿命值模块被配置为通过确定浮充寿命贡献并且依比例缩放所述浮充寿命贡献以计及所述第一时间段期间施加的所调整的浮充电压电平，来确定所述第一电池寿命值。

15.根据权利要求11所述的装置，其中所述第一时间段是浮充时间段并且所述寿命值模块是浮充寿命值模块，所述电池模块被配置为监测所述第一时间段期间施加于所述电池的浮充电压，并且所述浮充寿命值模块被配置为

监测所述电池在所述第一时间段之前的第三时间段期间的放电，

确定所述电池在所述第三时间段期间放电的放电速率，以及

通过基于所述浮充电压以及所述第一时间段的所述持续时间来确定浮充寿命贡献并且依比例缩放所述浮充寿命贡献以计及所述电池在所述第三时间段期间以所述放电速率进行放电，来确定所述第一电池寿命值。

16.根据权利要求15所述的装置，其中所述浮充寿命模块还被配置为基于所述第三时间段超前于所述第一时间段的时间量来降低所述依比例缩放对所述浮充寿命贡献的影响。

17.根据权利要求15所述的装置，其中在所述第三时间段中的放电事件是在所述第一时间段之前发生的多个放电事件中的最近的一个。

18.根据权利要求15所述的装置，其中所述浮充寿命值包括对所述总电池寿命的渐减量，并且所述浮充寿命模块通过将比例因子施用于所述浮充寿命渐减量来依比例缩放所述浮充寿命渐减量，其中，在第一放电速率低于第二放电速率时，用于所述第一放电速率的第一比例因子产生的所述第一时间段的依比例缩放的浮充寿命渐减量小于用于所述第二放电速率的第二比例因子产生的所述第一时间段的依比例缩放的浮充寿命渐减量。

19.根据权利要求11所述的装置，其中所述第一时间段是放电时期，并且所述寿命值模块是循环寿命值模块，所述电池监测器监测所述电池在所述放电时期期间的放电，并且所述循环寿命值模块被配置为确定所述电池在所述放电时期内的放电速率和/或放电深度、基于所述放电速率和/或所述放电深度来确定估计的放电循环次数，并且通过基于所述估计的放电循环次数确定所述第一时间段的循环寿命贡献来确定所述第一电池寿命值。

20.根据权利要求11所述的装置，还包括：

健康状态模块，其被配置为通过进行健康状态测试来确定所述电池的容量；

其中，所述剩余寿命模块还被配置为基于所确定的容量来调整所述剩余电池寿命。

21.一种用于估计电池寿命的装置，所述装置包括：

电池监测器，其被配置为监测在第一时间段期间施加于电池的浮充电压并且监测所述电池的充电特性；

浮充寿命值模块，其被耦合于所述电池监测器并且被配置为监测所述电池的操作条件，并且基于所述电池的所述操作条件、所述浮充电压以及所述第一时间段的持续时间来确定第一浮充寿命贡献，并且使用所述第一浮充寿命贡献和第二时间段的第二浮充寿命贡献来确定总浮充寿命值；

循环寿命值模块，其被耦合于所述电池监测器并且被配置为：

确定所述电池在第三时间段内的放电速率和/或放电深度，

基于所述放电速率和/或所述放电深度来确定估计的放电循环次数，

基于所述估计的放电循环次数来确定所述第一时间段的第一循环寿命贡献，以及

使用所述第一循环寿命贡献和第四时间段的第二循环寿命贡献来确定总循环寿命值；以及

剩余寿命模块，其被耦合于所述浮充寿命值模块和所述循环寿命值模块并且被配置为基于所述总浮充寿命值和所述总循环寿命值来估计所述电池的剩余电池寿命。

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