CN103576098A - 一种电源寿命在线监测方法、系统及电源 - Google Patents

一种电源寿命在线监测方法、系统及电源 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电源技术领域，公开了一种电源寿命在线监测方法。其中，该方法包括：采集电源的输出电流信号及输出电压信号；将所述输出电流信号及输出电压信号分别转换为第一数字信号及第二数字信号；根据所述第一数字信号及第二数字信号计算电源的瞬态内阻参数；将所述瞬态内阻参数与预置的瞬态内阻-寿命模型相匹配得到所述电源的剩余使用寿命。本发明同时公开了一种电源寿命在线监测系统及电源。实施本发明实施例，无需在电源输出电路中加入额外的负载，不影响在线系统的稳定，同时还可实现嵌入式的设计，进一步简化系统设计。

Description

一种电源寿命在线监测方法、系统及电源
技术领域
本发明涉及电源技术领域，具体涉及一种电源寿命在线监测方法、系统及电源。
背景技术
目前使用电子技术完成自动控制和管理的设备越来越多，这些设备要求电源必须稳定可靠，有一种解决方案是对电源做冗余设计，即设置两个或两个以上电源，当其中一个出现异常，依靠其余电源继续工作，但这种冗余设计的制造和运营成本较高、系统设计较为复杂。
为了解决电源的可靠性问题并简化系统设计，现有技术中出现了一些电源寿命检测的技术，这些技术对电源运行状况进行健康检测，通过评估电源目前的健康状况，预测电源的剩余使用寿命（RUL，Remaining Useful Life），从而可在电源失效之前，提醒使用者进行维护或更换，避免意外断电等事故的发生。
现有技术中提供了一种电源健康监测技术，可实现对电源剩余使用寿命的预测，该技术方案为：
如图1所示，被监测电源的输出连接到电源母线（power bus）上，健康监测模块（PHM，Prognostic Health Management）直接连接到电源母线上，PHM内部包含受控电源负载、电容负载、传感器及数字信号处理器（DSP，digital signal processor，）。其对电源进行健康监测的原理为：DSP控制电流负载导通一段时间，使得电源的负载改变，由于电源负载瞬变，母线电压出现瞬态变化，这种变化通过传感器送入到DSP，DSP通过对电压波形进行分析，提取特征参数，计算电源的剩余使用寿命。
但上述的电源健康监测技术存在以下缺点：1、需要加入电流负载，但这种电流负载会影响在线系统的稳定，给系统带来运行的风险，不适合在线监测；2、现有技术的方案不便于嵌入到电源模块中实现，所以不利于进一步简化系统设计。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题是提供一种电源寿命在线监测方法、系统及电源，用于实现电源剩余使用寿命的在线监测。
本发明实施例提供一种电源寿命在线监测方法，包括：
采集电源的输出电流信号以及所述电源的输出电压信号；
将所述输出电流信号转换为第一数字信号，并将所述输出电压信号转换为第二数字信号；
根据所述第一数字信号和所述第二数字信号，计算所述电源的瞬态内阻参数；
将所述瞬态内阻参数与预置的瞬态内阻-寿命模型相匹配，得到所述电源的剩余使用寿命；所述瞬态内阻-寿命模型为限定所述瞬态内阻参数与剩余使用寿命的对应关系的模型。
相应的，本发明实施例还提供一种电源寿命在线监测系统，包括：
电流传感器，用于采集电源的输出电流信号；
第一模数转换器，用于将所述输出电流信号转换为第一数字信号；
电压传感器，用于采集所述电源的输出电压信号；
第二模数转换器，用于将所述输出电压信号转换为第二数字信号；
处理器，用于根据所述第一数字信号和所述第二数字信号，计算所述电源的瞬态内阻参数；以及用于将所述瞬态内阻参数与预置的瞬态内阻-寿命模型相匹配，得到所述电源的剩余使用寿命；其中所述瞬态内阻-寿命模型为限定所述瞬态内阻参数与剩余使用寿命的对应关系的模型；
存储器，用于存储所述瞬态内阻-寿命模型的数据。
相应的，本发明实施例还提供一种电源，所述电源中嵌入了如上所述的电源寿命在线监测系统。
本发明提供一种电源寿命在线监测方法、系统及一种电源，通过的检测电源的输出电流及电压，换算出电源的瞬态内阻，与预置的瞬态内阻-寿命模型相匹配得出电源的剩余使用寿命。实施本发明实施例，无需在电路中加入额外的负载，不影响在线系统的稳定，适合在线监测，此外本发明提供的电源寿命在线监测系统还可嵌入到电源中实现嵌入式设计，可进一步简化系统设计。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术中的电源健康监测技术的示意图；
图2是本发明方法实施例一中的电源寿命在线监测方法的流程图；
图3是本发明方法实施例二中的电源寿命在线监测方法的流程图；
图4是本发明方法实施例三中的电源寿命在线监测方法的流程图；
图5是本发明实施例中的瞬态内阻-运行时间曲线的示意图；
图6是本发明系统实施例一中的电源寿命在线监测系统的框图；
图7是本发明系统实施例二中的电源寿命在线监测系统的框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例中提供了一种电源寿命在线监测方法、系统和电源，用于在线的对电源剩余使用寿命进行监测。以下分别进行详细说明。
方法实施例一：
本发明提供一种电源寿命在线监测方法，如图2所示，包括下列步骤：
101、采集电源的输出电流信号以及电源的输出电压信号；
需要说明的是，输出电流信号以及电源的输出电压信号的采集可以是一次采集，也可以是周期性的多次采集（间隔时间可以根据需求自定义），也可以是实时的不间断的采集；
102、将采集到的输出电流信号转换为第一数字信号，并将采集到的输出电压信号转换为第二数字信号；
103、根据第一数字信号和第二数字信号，计算电源的瞬态内阻参数；
本实施例中从第一数字信号中获取电源的输出电流参数I（t），从第二数字信号中获取电源的输出电压参数U（t），根据I（t）和U（t）计算电源的瞬态内阻参数R（t），其中瞬态内阻参数的计算方法为R（t）=|dU（t）/dI（t）|，其中dU（t）和dI（t）分别为U（t）以及I（t）的微分，|dU（t）/dI（t）|表示的是dU（t）/dI（t）的绝对值；
对于理想的电源来说，当其电流变化时，其输出电压不变，即其瞬态内阻R（t）=|dU（t）/dI（t）|为0，但实际中，电源的瞬态内阻不为0，如当输出电流增大时，其输出电压会减小，即dU（t）/dI（t）为负值，计算时可对其取绝对值使其成为正值。需要说明的是，瞬态内阻也可称为输出内阻；
104、将所述瞬态内阻参数与预置的瞬态内阻-寿命模型相匹配，得到电源的剩余使用寿命；其中上述瞬态内阻-寿命模型为限定瞬态内阻参数与剩余使用寿命的对应关系的模型；
优选地，为了减少误差，可计算瞬态内阻参数在一段时间内的最大值作为最大瞬态内阻参数，将最大瞬态内阻参数与预置的瞬态内阻-寿命模型相匹配，得到电源的剩余使用寿命。
优选地，也可计算瞬态内阻参数在一段时间内的平均值作为平均瞬态内阻参数，将平均瞬态内阻参数与预置的瞬态内阻-寿命模型相匹配，得到电源的剩余使用寿命，这种取平均值的计算方式可较大程度上排除噪声干扰，相对比较可靠。
本实施例中内阻-寿命模型是预先建立的，其限定了瞬态内阻参数与电源的剩余使用寿命之间的一一对应关系，即当得到电源的瞬态内阻参数，即可通过该模型得到电源的剩余使用寿命。一般的，电源的瞬态电阻会随着电源使用时间而增大，当瞬态电阻增大了一定程度之后，电源将不再能满足使用要求，即电源到达寿命终点。
本实施例中提供的方法适用于负载动态变化的电源，该方法无需加入额外的电流负载，不影响系统的稳定运行，相比现有技术更适合在线监测。
方法实施例二：
本发明提供一种电源在线监测方法，如图3所示，包括下列步骤：
201、采集电源的输出电流信号以及电源的输出电压信号；以及采集电源的温度T；
需要说明的是，输出电流信号、电源的输出电压信号以及电源温度T的采集可以是一次采集，也可以是周期性地多次采集（间隔时间可以根据需求自定义），也可以是实时地不间断地采集；
202、将采集到的输出电流信号转换为第一数字信号，并将采集到的输出电压信号转换为第二数字信号；
203、根据第一数字信号和第二数字信号，计算电源的瞬态内阻参数；
本实施例中从第一数字信号中获取电源的输出电流参数I（t），从第二数字信号中获取电源的输出电压参数U（t），由I（t）和U（t）计算电源的瞬态内阻参数R（t），其中瞬态内阻参数的计算方法为R（t）=|dU（t）/dI（t）|，其中dU（t）和dI（t）分别为U（t）以及I（t）的微分，|dU（t）/dI（t）|表示的是dU（t）/dI（t）的绝对值；
对于理想的电源来说，当其电流变化时，其输出电压不变，即其瞬态内阻R（t）=|dU（t）/dI（t）|为0，但实际中，电源的瞬态内阻不为0，如当输出电流增大时，其输出电压会减小，即dU（t）/dI（t）为负值，计算时可对其取绝对值使其成为正值。需要说明的是，瞬态内阻也可称为输出内阻；
204、根据电源的温度T，通过归一化处理修正上述瞬态内阻参数，以获得归一化瞬态内阻参数；
具体地，上述归一化处理的方法为：
确定预置的归一化温度值Ts以及归一化标定系数μ；
计算归一化瞬态内阻参数Rs，其中Rs=R+（Ts-T）*μ；其中R为瞬态内阻参数，T为电源的温度T；
本实施例中，归一化温度值Ts可预先设置成合适的温度值，如常温下的25℃、20℃等值，也可设置为电源工作的最低运行温度（如0℃）和最高运行温度（如60℃）的中间值（如30℃）；
优选地，归一化标定系数μ可包括低温区标定系数μ1及高温区标定系数μ2，并且，
当电源的温度T小于所述归一化温度值Ts时，μ=μ1；
当电源的温度T大于所述归一化温度值Ts时，μ=μ2；
归一化标定系数μ可以由用户预先根据经验设置为合适的数值，更佳的方法是事先通过实验标定而得，可采用这样的标定方法：
使电源分别运行在最低运行温度T1、最高运行温度T2及中间值T3下，并分别记录其在各个温度对应的瞬态电阻参数R1、R2及R3；
则低温区标定系数μ1＝（R2-R1）/（T2-T1）；
高温区标定系数μ2=（R3-R2）/（T3-T2）；
205、将归一化瞬态内阻参数与预置的瞬态内阻-寿命模型相匹配，得到电源的剩余使用寿命。
本实施例中使用根据电源温度归一化之后的归一化瞬态内阻参数来与瞬态内阻-寿命模型相匹配，可修正电源温度对瞬态内阻的影响，更准确的监测电源的剩余使用寿命。
方法实施例三：
本发明提供一种电源寿命在线监测方法，如图4所示，包括下列步骤：
301、根据电源的运行数据更新瞬态电阻-寿命模型并存储；
当已经存在了一定数量的电源的运行数据之后，可根据电源的运行数据更新瞬态电阻-寿命模型并存储；
具体地，本实施例中根据电源的运行数据更新瞬态电阻-寿命模型并存储包括：根据电源的运行数据，对累计运行时间及归一化瞬态内阻参数运用曲线拟合方法建立运行时间瞬态内阻-运行时间曲线，以更新瞬态内阻-寿命模型并存储；
其中上述的运用曲线拟合方法建立运行时间瞬态内阻-运行时间曲线包括：
将所述归一化瞬态内阻参数Rs按照n阶泰勒级数展开为：
Rs（L）=a0+a1*L+a2*L2+a3*L3+……+an*Ln；其中L为所述归一化运行时间，n为预先设定的正整数，a0、a1、a2……an为泰勒系数；需要说明，本实施例中泰勒级数的阶数n并无具体限制，在实际计算中可根据处理器的运算处理能力不同进行选择；
从已存在的运行数据中选择n+1组数据，代入上述的n阶泰勒级数中，计算得到一组泰勒系数a0、a1、a2……an；
将计算出的一组泰勒系数a0、a1、a2……an代入上述的n阶泰勒级数中，即得到运行时间瞬态内阻-运行时间曲线。运行时间瞬态内阻-运行时间曲线可能会有如图5所示的形状；
参考图5，上述的更新所述瞬态内阻-寿命模型包括：
确定所述电源的寿命终止电阻Rd，将Rd代入所述瞬态内阻-运行时间曲线，得到所述电源的总寿命Ld；其中，寿命终止电阻Rd可预先根据实际情况设置为合适的数值，在电源的归一化瞬态内阻Rs达到或大于寿命终止电阻Rd时，电源不再能满足供电要求，到达寿命终点；
将所述电源的归一化瞬态内阻参数Rs代入所述时间-瞬态内阻曲线，得到所述电源的当前的累计运行时间Lt；
则所述电源的剩余使用寿命RUL=Ld-Lt。
302、采集电源的输出电流信号以及电源的输出电压信号；以及采集电源的温度T；
需要说明的是，输出电流信号、电源的输出电压信号以及电源温度T的采集可以是一次采集，也可以是周期性地多次采集（间隔时间可以根据需求自定义），也可以是实时地不间断地采集；303、将采集到的输出电流信号转换为第一数字信号，并将采集到的输出电压信号转换为第二数字信号；
304、根据第一数字信号和第二数字信号，计算电源的瞬态内阻参数；
本实施例中从第一数字信号中获取电源的输出电流参数I（t），从第二数字信号中获取电源的输出电压参数U（t），由I（t）和U（t）计算电源的瞬态内阻参数R（t），其中瞬态内阻参数的计算方法为R（t）=|dU（t）/dI（t）|，其中dU（t）和dI（t）分别为U（t）以及I（t）的微分，|dU（t）/dI（t）|表示的是dU（t）/dI（t）的绝对值；
对于理想的电源来说，当其电流变化时，其输出电压不变，即其瞬态内阻R（t）=|dU（t）/dI（t）|为0，但实际中，电源的瞬态内阻不为0，如当输出电流增大时，其输出电压会减小，即dU（t）/dI（t）为负值，计算时可对其取绝对值使其成为正值，瞬态内阻也可称为输出内阻；
305、根据电源的温度T，通过归一化处理修正所述瞬态内阻参数，以获得归一化瞬态内阻参数；
具体地，归一化处理的方法为：
确定预置的归一化温度值Ts以及归一化标定系数μ；
计算归一化瞬态内阻参数Rs，其中Rs=R+（Ts-T）*μ；其中R为瞬态内阻参数，T为电源的温度T；
本实施例中，归一化温度值Ts可预先设置成合适的温度值，如常温下的25℃、20℃等值，也可设置为电源工作的最低运行温度（如0℃）和最高运行温度（如60℃）的中间值（如30℃）；
优选地，归一化标定系数μ可包括低温区标定系数μ1及高温区标定系数μ2，并且，
当所述电源的温度T小于所述归一化温度值Ts时，μ=μ1；
当所述电源的温度T大于所述归一化温度值Ts时，μ=μ2；
归一化标定系数μ可以由用户预先根据经验设置为合适的数值，当然更佳的方法是事先通过实验标定而得，可采用这样的标定方法：
使电源分别运行在最低运行温度T1、最高运行温度T2及中间值T3下，并分别记录其在各个温度对应的瞬态电阻参数R1、R2及R3；
则低温区标定系数μ1=（R2-R1）/（T2-T1）；
高温区标定系数μ2=（R3-R2）/（T3-T2）；
306、将归一化瞬态内阻参数与预置的瞬态内阻-寿命模型相匹配，得到所述电源的剩余使用寿命；
本实施例中使用根据电源温度归一化之后的瞬态内阻参数来与瞬态内阻-寿命模型相匹配，可修正电源温度对瞬态内阻的影响，更准确的监测电源的剩余使用寿命；
307、根据所述温度T，通过归一化处理修正所述电源的运行时间，以获得归一化运行时间；
本实施例中对运行时间所做的归一化处理方法可为：
确定预置的激活能参数Ea；其中激活能参数Ea可通过实验测定，对于同一型号电源一般使用同一个数值；
根据电源的温度T计算加速因子Af，其中Af＝exp（Ea*（1/Ts-1/T）/k），k为波尔兹曼常数；
计算所述归一化运行时间Ls，其中Ls=LR*Af，其中LR为所述电源的运行时间。从归一化运行时间Ls的计算公式中可以看出，电源温度T越高，加速因子Af越大，Ls越大。归一化运行时间Ls相比电源实际的运行时间LR，修正了电源温度对电源老化速度的影响，一般的来讲，电源温度T越高，其老化速度越快；
需要说明的是，如果激活能参数Ea未知，可通过下面的标定方法进行标定：
挑选两个各项指标均极为接近的电源样品（A,B），要求其在相同负载和环境条件下，其瞬态内阻差距低于1%，测量其初始的归一化瞬态内阻，分别为Ri1和Ri2；
在相同负载条件下，使上述两个电源分别工作在两个的不同的较高温度T1、T2，如使电源A在55℃（T1）下工作，电源B在60℃（T2）下工作，定时采集两电源的温度和其瞬态内阻；
分析电源B的归一化瞬态内阻，当其瞬态内阻Rf2>Ri2*1.01时，使电源B停止工作，并记录电源B的总的运行时间（未做归一化处理）Lt2；
当电源A的归一化瞬态电阻Rf1=Rf2*Ri1/Ri2使，使电源A停止工作，记录电源A的总的运行时间（未作归一化处理）Lt1；
此时电源A和电源B的归一化运行时间是相等的，即：
Lt2*exp（Ea*（1/Ts-1/T2）/k）=Lt1*exp（Ea*（1/Ts-1/T1）/k）
可推出：Ea=k*ln（Lt1/Lt2）*（1/T1-1/T2）
当然，本实施例中并不限于使用上面的标定方法对Ea进行标定，也可以是其它合适的方法；
308、记录电源的累计运行时间以及与累计运行时间对应的归一化瞬态内阻参数，作为所述电源的运行数据；
本实施例中，累计运行时间是电源的归一化运行时间累加之和。可定时（如每隔一小时）或不定时（每次电源停止工作时）的记录归一化运行时间，并做累加成为累计运行时间，在记录累计运行时间数据的同时记录下其对应的归一化瞬态内阻参数，累计运行时间和归一化瞬态内阻参数作为电源的运行数据被记录，且新的运行数据不覆盖原有的运行数据，这样电源运行一段时间之后，即可获得多组运行数据，其中，每一组运行数据中包括一条累计运行时间及与其对应的一条归一化瞬态内阻参数的数据。
系统实施例一：
本发明提供一种电源寿命在线监测系统，如图6所示，包括：
电流传感器1，用于采集电源的输出电流信号；
第一模数转换器2，连接电流传感器1，用于将上述的输出电流信号转换为第一数字信号；
电压传感器3，用于采集电源的输出电压信号；
第二模数转换器4，连接电压传感器3，用于将上述的输出电压信号转换为第二数字信号；
处理器5，连接第一模数转换器2及第二模数转换器4，用于根据上述第一数字信号和所述第二数字信号，计算电源的瞬态内阻参数；以及用于将上述的瞬态内阻参数与预置的瞬态内阻-寿命模型相匹配，得到上述电源的剩余使用寿命；其中上述瞬态内阻-寿命模型为限定上述瞬态内阻参数与电源的剩余使用寿命的对应关系的模型；
存储器6，连接处理器5，用于存储瞬态内阻-寿命模型的数据。
需要说明的是，输出电流信号、电源的输出电压信号以及电源温度T的采集可以是一次采集，也可以是周期性地多次采集（间隔时间可以根据需求自定义），也可以是实时地不间断地采集；具体地，本实施例中，可根据电源种类及使用环境等情况选择合适的电流传感器1，如可以是电流取样电阻、电流互感器或霍尔电流传感器等类型。同理，本实施例中，可根据电源种类及使用环境等情况选择合适的电压传感器，如可以是电阻分压器、电容分压器、霍尔电压传感器或宽带电压传感器等类型。
具体地，本实施例中，处理器5从第一数字信号中获取电源的输出电流参数I（t），从第二数字信号中获取电源的输出电压参数U（t），根据I（t）和U（t）计算电源的瞬态内阻参数R（t），其中瞬态内阻参数的计算方法为：
R（t）=|dU（t）/dI（t）|，其中dU（t）和dI（t）分别为U（t）以及I（t）的微分，|dU（t）/dI（t）|表示的是dU（t）/dI（t）的绝对值。
对于理想的电源来说，当其电流变化时，其输出电压不变，即其瞬态内阻R（t）=|dU（t）/dI（t）|为0，但实际中，电源的瞬态内阻不为0，如当输出电流增大时，其输出电压会减小，即dU（t）/dI（t）为负值，计算时可对其取绝对值使其成为正值。需要说明的是，瞬态内阻也可称为输出内阻。
优选地，为了减少误差，处理器可计算瞬态内阻参数在一段时间内的最大值作为最大瞬态内阻参数，将最大瞬态内阻参数与预置的瞬态内阻-寿命模型相匹配，得到所述电源的剩余使用寿命。
优选地，处理器也可计算瞬态内阻参数在一段时间内的平均值作为平均瞬态内阻参数，将平均瞬态内阻参数与预置的瞬态内阻-寿命模型相匹配，得到所述电源的剩余使用寿命，这种取平均值的计算方式可较大程度上排除噪声干扰，相对比较可靠。
本实施例中瞬态内阻-寿命模型是预先建立的，其限定了瞬态内阻参数与电源的剩余使用寿命之间的一一对应关系，即当得到电源的瞬态内阻参数，可通过该模型得到电源的剩余使用寿命。一般的，电源的瞬态电阻会随着电源使用时间的增大而增大，当瞬态电阻增大了一定程度之后，电源将不再能满足使用要求，即电源到达寿命终点。
系统实施例二：
本发明还提供一种电源寿命在线监测系统，如图7所示，包括：
电流传感器1，用于采集电源的输出电流信号；
第一模数转换器2，连接电流传感器1，用于将上述的输出电流信号转换为第一数字信号；
电压传感器3，用于采集电源的输出电压信号；
第二模数转换器4，连接电压传感器3，用于将上述的输出电压信号转换为第二数字信号；
温度传感器7，用于采集所示电源的温度T；
处理器5，连接第一模数转换器2及第二模数转换器4，用于根据上述第一数字信号和所述第二数字信号，计算电源的瞬态内阻参数；以及用于根据电源的温度T，通过归一化处理修正所述瞬态内阻参数，以获得归一化瞬态内阻参数；以及用于将上述的归一化瞬态内阻参数与预置的瞬态内阻-寿命模型相匹配，得到上述电源的剩余使用寿命；其中上述瞬态内阻-寿命模型为限定上述归一化瞬态内阻参数与电源的剩余使用寿命的对应关系的模型；
存储器6，用于存储瞬态内阻-寿命模型的数据。
需要说明的是，输出电流信号、电源的输出电压信号以及电源温度T的采集可以是一次采集，也可以是周期性地多次采集（间隔时间可以根据需求自定义），也可以是实时地不间断地采集；需要说明的是，图7中温度传感器7与第一模数转换器2连接，第一模数转换器2将温度传感器7采集到的模拟信号转换为数字信号发送至处理器5，以使处理器5获得电源的温度数据T；可以理解的是，温度传感器7并不限于与第一模数转换器连接，也可以是与第二模数转换器4连接，通过第二模数转换器4将模拟信号转换为数字信号，当然如果温度传感器7为数字温度传感器，温度传感器7可直接与处理器5连接。
具体地，本实施例中，可根据电源种类及使用环境等情况选择合适的电流传感器1，如可以是电流取样电阻、电流互感器或霍尔电流传感器等类型。同理，本实施例中，可根据电源种类及使用环境等情况选择合适的电压传感器，如可以是电阻分压器、电容分压器、霍尔电压传感器或宽带电压传感器等。
具体地，本实施例中，处理器5从第一数字信号中获取电源的输出电流参数I（t），从第二数字信号中获取电源的输出电压参数U（t），根据I（t）和U（t）计算电源的瞬态内阻参数R（t），其中瞬态内阻参数的计算方法为：
R（t）=|dU（t）/dI（t）|，其中dU（t）和dI（t）分别为U（t）以及I（t）的微分，|dU（t）/dI（t）|表示的是dU（t）/dI（t）的绝对值。
对于理想的电源来说，当其电流变化时，其输出电压不变，即其瞬态内阻R（t）=|dU（t）/dI（t）|为0，但实际中，电源的瞬态内阻不为0，如当输出电流增大时，其输出电压会减小，即dU（t）/dI（t）为负值，计算时可对其取绝对值使其成为正值。需要说明的是，瞬态内阻也可称为输出内阻。
优选地，为了减少误差，处理器可计算瞬态内阻参数在一段时间内的最大值作为最大瞬态内阻参数，将最大瞬态内阻参数与预置的瞬态内阻-寿命模型相匹配，得到所述电源的剩余使用寿命。
优选地，也可计算瞬态内阻参数在一段时间内的平均值作为平均瞬态内阻参数，将平均瞬态内阻参数与预置的瞬态内阻-寿命模型相匹配，得到所述电源的剩余使用寿命，这种取平均值的计算方式可较大程度上排除噪声干扰，相对比较可靠。
本实施例中，处理器5中应用的归一化处理的方法为：
处理器5获取存储器6中存储的归一化温度值Ts以及归一化标定系数μ；
处理器5计算归一化瞬态内阻参数Rs，其中Rs=R+（Ts-T）*μ；其中R为瞬态内阻参数，T为电源的温度T；
本实施例中，归一化温度值Ts可预先设置成合适的温度值，如常温下的25℃、20℃等值，也可设置为电源工作的最低运行温度（如0℃）和最高运行温度（如60℃）的中间值（如30℃）。
优选地，归一化标定系数μ可包括低温区标定系数μ1及高温区标定系数μ2，并且，
当电源的温度T小于所述归一化温度值Ts时，μ=μ1；
当电源的温度T大于所述归一化温度值Ts时，μ=μ2。
归一化标定系数μ可以由用户预先根据经验设置为合适的数值，更佳的方法是事先通过实验标定而得，可采用这样的标定方法：
使电源分别运行在最低运行温度T1、最高运行温度T2及中间值T3下，并分别记录其在各个温度对应的瞬态电阻参数R1、R2及R3；
则低温区标定系数μ1=（R2-R1）/（T2-T1）；
高温区标定系数μ2=（R3-R2）/（T3-T2）。
进一步地，本实施例中，处理器还可用于根据所述温度T，通过归一化处理修正所述电源的运行时间，以获得归一化运行时间；
本实施例中对运行时间所做的归一化处理方法可为：
处理器5获取存储器6中存储的激活能参数Ea；其中激活能参数Ea可通过实验测定，对于同一型号电源一般使用同一个数值；
处理器5根据电源的温度T计算加速因子Af，其中Af＝exp（Ea*（1/Ts-1/T）/k），k为波尔兹曼常数；
处理器5计算所述归一化运行时间Ls，其中Ls=LR*Af，其中LR为所述电源的运行时间。从归一化运行时间Ls的计算公式中可以看出，电源温度T越高，加速因子Af越大，Ls越大。归一化运行时间Ls相比电源实际的运行时间LR，修正了电源温度对电源老化速度的影响，一般的来讲，电源温度T越高，其老化速度越快。
需要说明的是，如果激活能参数Ea未知，可通过下面的标定方法进行标定：
挑选两个各项指标均极为接近的电源样品（A,B），要求其在相同负载和环境条件下，其瞬态内阻差距低于1%，测量其初始的归一化瞬态内阻，分别为Ri1和Ri2；
在相同负载条件下，使上述两个电源分别工作在两个的不同的较高温度T1、T2，如使电源A在55℃（T1）下工作，电源B在60℃（T2）下工作，定时采集两电源的温度和其瞬态内阻；
分析电源B的归一化瞬态内阻，当其瞬态内阻Rf2>Ri2*1.01时，使电源B停止工作，并记录电源B的总的运行时间（未做归一化处理）Lt2；
当电源A的归一化瞬态电阻Rf1=Rf2*Ri1/Ri2使，使电源A停止工作，记录电源A的总的运行时间（未作归一化处理）Lt1；
此时电源A和电源B的归一化运行时间是相等的，即：
Lt2*exp（Ea*（1/Ts-1/T2）/k）=Lt1*exp（Ea*（1/Ts-1/T1）/k）
可推出：Ea=k*ln（Lt1/Lt2）*（1/T1-1/T2）
当然，本实施例中并不限于使用上面的标定方法对Ea进行标定，也可以是其它合适的方法。
进一步地，本实施例中，处理器5还用于记录电源的累计运行时间以及与累计运行时间对应的归一化瞬态内阻参数，作为所述电源的运行数据存储在存储器6中；
本实施例中，累计运行时间是电源的归一化运行时间累加之和。可定时（如每隔一小时）或不定时（每次电源停止工作时）的记录归一化运行时间，并做累加成为累计运行时间，在记录累计运行时间数据的同时记录下其对应的归一化瞬态内阻参数，累计运行时间和归一化瞬态内阻参数作为电源的运行数据被记录，且新的运行数据不覆盖原有的运行数据，这样电源运行一段时间之后，即可获得多组运行数据，其中，每一组运行数据中包括一条累计运行时间及与其对应的一条归一化瞬态内阻参数的数据。
进一步地，本实施例中，处理器5还可用于根据电源的运行数据更新瞬态电阻-寿命模型，并将更新后的瞬态电阻-寿命模型存储在存储器6中；
具体地，本实施例中处理器5根据电源的运行数据更新瞬态电阻-寿命模型可包括：根据电源的运行数据，对累计运行时间及归一化瞬态内阻参数运用曲线拟合方法建立瞬态内阻-运行时间曲线，以更新瞬态内阻-寿命模型。
具体地，上述的运行曲线拟合方法建立运行时间瞬态内阻-运行时间曲线包括：
处理器5将上述归一化瞬态内阻参数Rs按照n阶泰勒级数展开为：
Rs（L）=a0+a1*L+a2*L2+a3*L3+……+an*Ln；其中L为上述的归一化运行时间，n为预先设定的正整数，a0、a1、a2……an为泰勒系数；需要说明的是，本实施例中泰勒级数的阶数n并无具体限制，在实际计算中可根据处理器的运算处理能力不同进行选择；
处理器5从已存在的运行数据中选择n+1组数据，代入上述的n阶泰勒级数中，计算得到一组泰勒系数a0、a1、a2……an；
处理器5将计算出的一组泰勒系数a0、a1、a2……an代入上述的n阶泰勒级数中，即得到运行时间瞬态内阻-运行时间曲线。瞬态内阻-运行时间曲线可能会有如图5所示的形状。
具体地，参考图5，上述的更新所述瞬态内阻-寿命模型包括：
处理器5确定所述电源的寿命终止电阻Rd，将Rd代入所述瞬态内阻-运行时间曲线，得到所述电源的总寿命Ld；其中，寿命终止电阻Rd可预先根据实际情况设置为合适的数值并存储在存储器6中，在电源的归一化瞬态内阻Rs达到或大于寿命终止电阻Rd时，电源不再能满足供电要求，到达寿命终点；
处理器5将上述电源的归一化瞬态内阻参数Rs代入上述瞬态内阻-运行时间曲线，得到上述电源的当前的已运行时间Lt；
处理器5得到上述电源的剩余使用寿命RUL=Ld-Lt。
本实施例中的电源寿命在线监测系统中进一步包括了采集电源温度T的温度传感器7，可根据温度T修正电源的瞬态内阻参数、运行时间等，排除温度对这些数据的影响，提高电源剩余使用寿命的监测准确率。
同时，本实施例中的电源寿命在线监测系统还可根据存储器中记录的其自身的运行数据，可根据这些运行数据不断更新瞬态内阻-寿命模型，进一步提高电源剩余使用寿命的监测准确率。
设备实施例一：
本发明还提供一种电源，其中该电源中嵌入了如系统实施例一或系统实施例二中或其它等同形式的电源寿命在线监测系统，在该电源中，电源寿命在线监测系统可以是集成在集成电路板上而被固定安装于电源的壳体内。
优选地，上述电源中还可包括与处理器5连接的提醒装置，该提醒装置可以是安装在电源壳体上的指示灯或能发出警示音的喇叭等装置，当其中的电源寿命在线监测系统监测出电源寿命终止或即将终止（如剩余使用寿命小于1个月），可通过提醒装置发出提醒信号以提醒用户对电源进行更换。
综上所述，本发明提供的电源寿命在线监测方法、系统和电源可在不加入额外负载、不影响电源输出电路稳定的情况下，在线的对电源的剩余使用寿命进行监测，并且可以实现嵌入式的设计，进一步简化系统设计。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：闪存盘、只读存储器（Read-OnlyMemory，ROM）、随机存取器（Random Access Memory，RAM）、磁盘或光盘等。
以上对本发明实施例所提供的电源寿命在线监测方法、系统和电源进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (21)

1.一种电源寿命在线监测方法，其特征在于，包括：
采集电源的输出电流信号以及所述电源的输出电压信号；
将所述输出电流信号转换为第一数字信号，并将所述输出电压信号转换为第二数字信号；
根据所述第一数字信号和所述第二数字信号，计算所述电源的瞬态内阻参数；
将所述瞬态内阻参数与预置的瞬态内阻-寿命模型相匹配，得到所述电源的剩余使用寿命；所述瞬态内阻-寿命模型为限定所述瞬态内阻参数与剩余使用寿命的对应关系的模型。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述瞬态内阻参数与预置的瞬态内阻-寿命模型相匹配，得到所述电源的剩余使用寿命包括：
对所述瞬态内阻参数取一段时间内的最大值作为最大瞬态内阻参数，将所述最大瞬态内阻参数与预置的瞬态内阻-寿命模型相匹配，得到所述电源的剩余使用寿命。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述瞬态内阻参数与预置的瞬态内阻-寿命模型相匹配，得到所述电源的剩余使用寿命包括：
对所述瞬态内阻参数取一段时间内的均值作为平均瞬态内阻参数，将所述平均瞬态内阻参数与预置的瞬态内阻-寿命模型相匹配，得到所述电源的剩余使用寿命。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
采集所述电源的温度T；
在所述将所述瞬态内阻参数与预置的瞬态内阻-寿命模型相匹配，得到所述电源的剩余使用寿命之前，所述方法还包括：
根据所述温度T，通过归一化处理修正所述瞬态内阻参数，以获得归一化瞬态内阻参数；
所述将所述瞬态内阻参数与预置的瞬态内阻-寿命模型相匹配，得到所述电源的剩余使用寿命包括：
将所述归一化瞬态内阻参数与预置的瞬态内阻-寿命模型相匹配，得到所述电源的剩余使用寿命。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述温度T，通过归一化处理修正所述瞬态内阻参数，以获得归一化瞬态内阻参数包括：
确定预置的归一化温度值Ts以及归一化标定系数μ；
计算归一化瞬态内阻参数Rs，其中Rs=R+（Ts-T）*μ；其中R为所述瞬态内阻参数，T为所述电源的温度T。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述归一化标定系数μ包括低温区标定系数μ1或高温区标定系数μ2;
当所述电源的温度T小于所述归一化温度值Ts时，μ=μ1；
当所述电源的温度T大于所述归一化温度值Ts时，μ=μ2。
7.根据权利要求4或5或6所述的方法，其特征在于，在所述将所述瞬态内阻参数与预置的瞬态内阻-寿命模型相匹配，得到所述电源的剩余使用寿命之后，所述方法还包括：
根据所述温度T，通过归一化处理修正所述电源的运行时间，以获得归一化运行时间。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据所述温度T，通过归一化处理修正所述电源的运行时间，以获得归一化运行时间包括：
确定预置的激活能参数Ea；
根据所述电源的温度T计算加速因子Af，其中Af＝exp（Ea*（1/Ts-1/T）/k），k为波尔兹曼常数；
计算所述归一化运行时间Ls，其中Ls=LR*Af，其中LR为所述电源的运行时间。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
记录所述电源的累计运行时间以及与所述累计运行时间对应的归一化瞬态内阻参数，作为所述电源的运行数据，其中所述累计运行时间为所述归一化运行时间累加之和；
在所述采集所述电源的输出电流信号之前，所述方法还包括：
根据所述电源的运行数据，更新所述瞬态内阻-寿命模型并存储。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述根据所述电源的运行数据，更新所述瞬态内阻-寿命模型并存储包括：
根据所述电源的运行数据，对所述累计运行时间及所述归一化瞬态内阻参数运用曲线拟合方法建立瞬态内阻-运行时间曲线，以更新所述瞬态内阻-寿命模型并存储；
所述运用曲线拟合方法建立瞬态内阻-运行时间曲线包括：
将所述归一化瞬态内阻参数Rs按照n阶泰勒级数展开为：
Rs（L）=a0+a1*L+a2*L2+a3*L3+……+an*Ln；其中L为所述归一化运行时间，n为预先设定的正整数，a0、a1、a2……an为泰勒系数；
选择所述运行数据中的n+1组数据，代入所述n阶泰勒级数，计算出一组泰勒系数a0、a1、a2……an；
将所述一组泰勒系数a0、a1、a2……an代入所述n阶泰勒级数，得到所述瞬态内阻-运行时间曲线；
所述更新所述瞬态内阻-寿命模型包括：
确定所述电源的寿命终止电阻Rd，将Rd代入所述时间-瞬态内阻曲线，得到所述电源的总寿命Ld；
将所述电源的归一化瞬态内阻参数Rs代入所述时间-瞬态内阻曲线，得到所述电源的当前的已运行时间Lt；
所述电源的剩余使用寿命RUL=Ld-Lt。
11.一种电源寿命在线监测系统，其特征在于，包括：
电流传感器，用于采集电源的输出电流信号；
第一模数转换器，用于将所述输出电流信号转换为第一数字信号；
电压传感器，用于采集所述电源的输出电压信号；
第二模数转换器，用于将所述输出电压信号转换为第二数字信号；
处理器，用于根据所述第一数字信号和所述第二数字信号，计算所述电源的瞬态内阻参数；以及用于将所述瞬态内阻参数与预置的瞬态内阻-寿命模型相匹配，得到所述电源的剩余使用寿命；其中所述瞬态内阻-寿命模型为限定所述瞬态内阻参数与剩余使用寿命的对应关系的模型；
存储器，用于存储所述瞬态内阻-寿命模型的数据。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述处理器用于对所述瞬态内阻参数取一段时间内的最大值作为最大瞬态内阻参数，并将所述最大瞬态内阻参数与预置的瞬态内阻-寿命模型相匹配，得到所述电源的剩余使用寿命。
13.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述处理器用于对所述瞬态内阻参数取一段时间内的均值作为平均瞬态内阻参数，将所述平均瞬态内阻参数与预置的瞬态内阻-寿命模型相匹配，得到所述电源的剩余使用寿命。
14.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
温度传感器，用于采集所述电源的温度T；
所述处理器还用于根据所述温度T，通过归一化处理修正所述瞬态内阻参数，以获得归一化瞬态内阻参数；以及还用于将所述归一化瞬态内阻参数与预置的瞬态内阻-寿命模型相匹配，得到所述电源的剩余使用寿命。
15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，
所述存储器还用于存储预置的归一化温度值Ts以及归一化标定系数μ；
所述处理器还用于计算所述归一化瞬态内阻参数Rs，其中Rs=R+（Ts-T）*μ；其中R为所述瞬态内阻参数，T为所述电源的温度T。
16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述归一化标定系数μ包括低温区标定系数μ1及高温区标定系数μ2;
当所述电源的温度T小于所述归一化温度值Ts时，μ=μ1；
当所述电源的温度T大于所述归一化温度值Ts时，μ=μ2。
17.根据权利要求14或15或16所述的系统，其特征在于，所述处理器还用于根据所述温度T，通过归一化处理修正所述电源的运行时间，以获得归一化运行时间。
18.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，
所述存储器还用于存储预置的激活能参数Ea；
所述处理器根据所述电源的温度T计算加速因子Af，其中Af＝exp（Ea*（1/Ts-1/T）/k），k为波尔兹曼常数；
所述处理器还用于计算所述归一化运行时间Ls，其中Ls=LR*Af，其中LR为所述电源的运行时间。
19.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，所述处理器还用于记录所述电源的累计运行时间以及与所述累计运行时间对应的归一化瞬态内阻参数，作为所述电源的运行数据存储在存储器，其中所述累计运行时间为所述归一化运行时间累加之和；
所述处理器还用于根据所述电源的运行数据，更新所述瞬态内阻-寿命模型，并将所述瞬态内阻-寿命模型存储在所述存储器中。
20.根据权利要求19所述的系统，其特征在于，所述处理器还用于根据所述电源的运行数据，对所述累计运行时间及所述归一化瞬态内阻参数运用曲线拟合方法建立瞬态内阻-运行时间曲线，以更新所述瞬态内阻-寿命模型，并将所述瞬态内阻-寿命模型存储在所述存储器中；
所述运用曲线拟合方法建立瞬态内阻-运行时间曲线包括：
所述处理器将所述归一化瞬态内阻参数Rs按照n阶泰勒级数展开为：
Rs（L）=a0+a1*L+a2*L2+a3*L3+……+an*Ln；其中L为所述归一化运行时间，n为预先设定的正整数，a0、a1、a2……an为泰勒系数；
所述处理器选择所述运行数据中的n+1组数据，代入所述n阶泰勒级数，计算出一组泰勒系数a0、a1、a2……an；
所述处理器将所述一组泰勒系数a0、a1、a2……an代入所述n阶泰勒级数，得到所述瞬态内阻-运行时间曲线；
所述更新所述瞬态内阻-寿命模型包括：
所述处理器确定所述电源的寿命终止电阻Rd，将Rd代入所述时间-瞬态内阻曲线，得到所述电源的总寿命Ld；
所述处理器将所述电源的归一化瞬态内阻参数Rs代入所述时间-瞬态内阻曲线，得到所述电源的当前的已运行时间Lt；
所述处理器得到所述电源的剩余使用寿命RUL=Ld-Lt。
21.一种电源，其特征在于，所述电源中嵌入了如权利要求11-20任意一项所述的电源寿命在线监测系统。
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