CN115298560A - 实时确定电池组的电化学元件寿命的方法 - Google Patents

实时确定电池组的电化学元件寿命的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种根据确定应用实时确定电池组的电化学元件的寿命的方法，适用于原电池组类型领域。该方法包括：‑测量步骤(1)，测量电化学元件提供的至少一个电流强度值(I)和测量在确定应用中的电化学元件的至少一个温度值(T)；‑计算总寿命步骤(4)，允许基于确定初始时间，根据测量步骤(1)期间测量的至少一个电流强度值(I)和至少一个温度值(T)，根据电化学元件的容量的确定值，根据确定应用的截止电压和确定应用的背景电流，计算电化学元件的可用时间。

Description

实时确定电池组的电化学元件寿命的方法
技术领域
本发明涉及一种用于实时确定电池组的电化学电池的使用寿命的方法。它在原电池组领域有应用。
背景技术
确定原电池或电池组(例如包括一个或更多个一次锂类型的电化学电池的电池组，例如亚硫酰氯锂类型(LiSOCl2))的剩余寿命(或剩余容量，或充电状态)，在许多使用这种类型的电池或电池组的应用中是一个特别重要的问题，以便预期更换已放电的电池。
用于确定电池的剩余使用寿命的解决方案是已知的，其在于执行电池组两端的电压的测量并且使用该电池组的空载电压的特性曲线作为其充电状态的函数。然而，这种解决方案不适合应用于亚硫酰氯锂电化学电池，因为在这种情况下，空载电压在整个电池寿命期间是恒定的，并且仅在电池寿命结束时才会下降。因此，应用这样的解决方案相当于在电池的使用寿命即将结束时向用户发出必须更换电池的警报，因此实际上没有预期更换电池的可能性。
用于确定原电池，特别是LiSOCl2类型的剩余寿命的其他解决方案也是已知的，其也包括测量电池组两端的电压，然后分析对电池提出要求的电压响应。然而，这种方法很复杂，因为它基于非常快的数据采集频率以及对电池钝化状态的非常精确的估计。在没有足够快的频率和足够准确的估计的情况下，结果可能是错误的。此外，对电池提出要求的条件(电流、温度……)必须是可重现的，以便结果具有可比性。因此这种方法难以实施。
从文献CN103592605中还获知一种用于根据电流和温度的测量来确定LiSOCl2型原电池的剩余容量的方法。然而，这种方法是基于通过库仑法计算容量损失(计算安培小时放电)以及考虑日历自放电(仅作为温度的函数)。尽管如此，这种方法并不令人满意，因为它没有考虑到每个应用的特殊性。
更一般地，已知方法基于使用理论使用量配置文件。然而，如果使用量与预期不同，则该估计是错误的，其后果是如果使用量被低估，则不再有可用于执行操作的能量，或者如果使用量被高估，则过早更换电池。
因此，本发明的目的是特别解决上述问题，通过提供一种用于实时确定原电池组的电化学电池的使用寿命的方法，该方法是准确的并且考虑到每个应用的特殊性。
发明内容
因此，在第一方面，本发明提供了一种根据确定应用实时确定原电池组的电化学电池的使用寿命的方法，该方法包括：
-测量步骤，在确定应用中测量由所述电化学电池提供的至少一个电流值和所述电化学电池的至少一个温度值，
-总使用寿命计算步骤，用于根据在所述测量步骤期间测量的所述至少一个电流值和所述至少一个温度值，根据所述电化学电池的容量的确定值、所述确定应用的截止电压和所述确定应用的背景电流，计算从确定初始时间开始的所述电化学电池的可用时间。
根据应用，背景电流可以代表原电池组的大部分消耗。背景电流对应于所讨论应用的电子设备的长久消耗：系统的每个电子设备组件的泄漏电流(例如：微控制器在待机模式下的消耗)。
在一些实施例中，该方法进一步包括单独或以所有技术上可能的组合的以下特征中的一个或更多个：
-总使用寿命计算步骤使用公式C x Kp x R/(Imoy+Iad)计算从确定初始时间开始的电化学电池的可用时间，其中：
-C对应于电化学电池的容量的确定值，
-Kp对应于所述电化学电池的截止系数，并且首先是由所述确定应用所汲取的最大电流值(Imax)的函数并且其次是所述确定应用的截止电压的函数，
-Imoy对应于根据所述电化学电池提供的一个或更多个电流值获得的、由所述确定应用所汲取的平均电流值，并且包括所述确定应用的背景电流值，
-R对应于所述电化学电池的容量方面的性能，并且首先是由所述确定应用所汲取的电流平均值(Imoy)或最大值(Imax)的函数并且其次是在所述确定应用中所述电化学电池的温度的函数，
-Iad对应于所述电化学电池的自放电电流值，并且首先是由所述确定应用所汲取的电流的平均值(Imoy)的函数并且其次是在所述确定应用中所述电化学电池的温度的函数；
-R和Iad的值是从相应的表格中获得的，所述表格将容量值R方面的性能和自放电电流Iad值分别与表示平均电流Imoy或最大电流Imax和温度的成对值相关联；
-Kp的值是从表格中获得的，所述表格将截止系数值Kp与表示最大电流Imax和截止电压的成对值相关联；
-背景电流的值是通过测量获得，或者是可参数化的常数；
-在总使用寿命计算步骤之前，执行用于存储所述确定应用的配置文件的存储步骤，在此期间，最大电流值Imax，平均电流值Imoy，以及在测量步骤中测量的一个或更多个温度值被存储；
-将所述一个或更多个温度值与暴露持续时间相关联地存储在表格中，所述暴露持续时间对应于暴露于相应温度的持续时间；
-温度值通过温度阈值分组在一起，并且所述表格将暴露持续时间与所述温度阈值相关联；
-该方法包括用于检查是否存在计算使用寿命的请求的检查步骤，并且如果检查步骤的结果是为正，则执行使用寿命计算步骤，否则再次连续执行测量步骤和存储步骤；
-该方法包括存储从所述确定初始时间开始的经过时间，以及通过从在使用寿命计算步骤中计算的使用寿命中减去所述经过时间来计算所述电化学电池的剩余使用寿命；
-该方法包括通过将剩余使用寿命除以在使用寿命计算步骤期间计算的使用寿命来计算所述电化学电池的充电状态；
-容量的确定值对应于所述电化学电池的标称容量，以及所述确定初始时间对应于所述电化学电池生产完成的时间；
-容量的确定值对应于所述电化学电池的标称容量减去在确定的时间段(例如存储时间段)内的容量损失，以及所述确定初始时间对应于所述电化学电池首次投入使用的时间，并且所述确定初始时间确定为所述电化学电池对应生产完成的时间加上所述确定时间段的持续时间。
根据第二方面，本发明还提供了一种包括指令的计算机程序产品，当所述程序由计算机执行时，所述指令使所述计算机执行上述方法，即在所述确定应用中测量由所述电化学电池提供的至少一个电流值和所述电化学电池的至少一个温度值。
根据第三方面，本发明还提供一种用于管理包括电池组的器件或设备的系统，所述电池组包括至少一个电化学电池，所述系统包括：
-测量装置，用于在确定应用中测量由所述电化学电池提供的至少一个电流值和所述电化学电池的至少一个温度值；
-电子计算装置或计算机计算装置，被编程为在所述确定应用中通过测量由所述电化学电池提供的至少一个电流值和所述电化学电池的至少一个温度值来执行上述方法。
根据第四方面，本发明还提供一种包括至少一个电化学电池的电池组。电池组还包括用于在所述电化学电池的确定应用中测量由所述电化学电池提供的至少一个电流值和所述电化学电池的至少一个温度值的装置，以及电子计算装置，所述电子计算装置被编程为在所述确定应用中通过测量由所述电化学电池提供的至少一个电流值和所述电化学电池的至少一个温度值来执行上述方法。
优选地，所述至少一个电化学电池是LiSOCl2型的。
因此，本发明的方法使得可以确定原电池组的总使用寿命和剩余寿命，同时考虑到使用电池组的应用的特殊性，因此具有更高的准确性。
事实上，最大容量(称为标称容量)并不是一个恒定的理论值，它因应用而异。然而，与现有技术的解决方案不同，本发明的方法使得可以根据使用重新校准该最大容量。
此外，本发明的方法考虑到：
-应用的最大电流，
-应用的截止电压，
-应用的平均电流，
-应用温度，
-背景电流。
不应忘记，根据应用，背景电流可以代表原电池组的大部分消耗。背景电流对应于所讨论应用的电子设备的长久消耗：系统的每个电子设备组件的泄漏电流(例如：微控制器在待机模式下的消耗)。
本发明的特征和优点将在阅读下面的描述后变得明显，该描述仅以示例的非限制性的方式给出，并且参考以下附图。
附图说明
图1是第一实施例中本发明方法的示意图。
图2是图1的示例的更详细的示意图。
图3是第二实施例中本发明方法的示意图。
图4是图3的示例的更详细的示意图。
图5是第三实施例中本发明方法的示意图。
具体实施方式
在下文中，参考图1至图5，呈现了本发明的方法的各种实施例。
用于实时确定原电池组的电化学电池(例如LiSOCl2型电化学电池)的使用寿命的方法，包括测量步骤1和计算总使用寿命的步骤4。
测量步骤1使得可以在确定应用中测量由电化学电池提供的至少一个电流值I(步骤11)和电化学电池的至少一个温度值T(步骤13)。
总使用寿命计算步骤4使得可以根据在所述测量步骤1期间测量的一个或更多个电流值I和一个或更多个温度值T，根据电化学电池的容量的确定值，确定应用的截止电压Vc和确定应用的背景电流If，计算从确定初始时间开始的电化学电池的可用时间。
在步骤4中执行的电化学电池总使用寿命的计算可以使用以下公式从确定初始时间开始计算电化学电池的可用时间：
C x Kp x R/(Imoy+Iad)
在这个公式中：
-C对应于电化学电池的容量的确定值，
-Kp对应于电化学电池的截止系数，
-Imoy对应于确定应用所汲取的电流的平均值，
-R对应于电化学电池容量方面的性能，
-Iad对应于电化学电池的自放电电流值。
电化学电池的截止系数Kp(步骤43)是确定应用所汲取的最大电流Imax(在步骤41中获得)和确定应用的截止电压(Vc)的函数。
Kp的值可以从表格中获得，所述表格将截止系数值Kp与表示最大电流Imax和截止电压Vc的成对值相关联。
确定应用所汲取的电流的平均值Imoy(步骤42)是从电化学电池提供的一个或更多个电流I值获得的。它包括确定应用的背景电流If的值。
对于步骤42的实施，自先前在步骤12中确定的方法的先前实施以来已经过去的时间可用于主测量步骤1的上下文中。
背景电流If的值可以例如通过测量获得。如果电流测量值小于背景电流的已知值，则认为电流测量值等于背景电流值If。另一种方法可以是将背景电流的估计值永久地添加到电化学电池的电流测量值。或者，该值可以是方法的参数化常数。
就电化学电池的容量R而言的效率(步骤44)，其首先是确定应用所汲取的电流的平均值Imoy或最大值Imax的函数，并且其次是确定应用中电化学电池的温度的函数。
例如，容量R的效率值可以从例如表格中获得，表格将容量R的效率值和表示平均电流Imoy或最大电流Imax和温度T的成对值相关联。
电化学电池的自放电电流Iad值(步骤45)首先是确定应用所汲取的电流Imoy的平均值的函数，其次是在确定应用中电化学电池的温度的函数。
就像在容量R方面的效率一样，可以从例如将自放电电流值Iad与成对的平均电流Imoy和温度T值相关联的表中获得自放电电流值。
一旦获得了这些不同的值，就使用前面指出的公式计算电化学电池的使用寿命(步骤46)。
在图3和图5所示的特定实施例中，在计算总使用寿命的步骤4之前，执行存储确定应用的配置文件的步骤(步骤2)。
在存储配置文件2的这个步骤中，最大电流值Imax被存储(步骤21)并且平均电流值Imoy被存储(步骤22)。此外，还存储在测量步骤1中测量的一个或更多个温度值T(步骤23)。
更具体地，步骤23将一个或更多个温度值T与暴露于该温度的持续时间相关联地存储在表格中。这些暴露时间对应于暴露于相应温度T的持续时间。
对于步骤22和23的实施，可以使用从先前在主测量步骤1的上下文中在步骤12中确定的方法的先前实施所经过的时间。
优选地，温度值T通过温度阈值T分组在一起。因此，所讨论的表格将暴露持续时间与温度阈值T相关联。
在图5所示的特定实施例中，规定仅按需要计算电化学电池的使用寿命。因此，执行检查步骤3，在此期间检查是否存在计算电化学电池的使用寿命的请求。如果该检查步骤3的结果为是，则执行计算使用寿命的步骤4。否则，再次依次执行测量步骤1和存储步骤2。
在本发明的方法通过计算机编程实现这一效果的上下文中(参见下面的解释)，上面呈现的特定实施例使得能够在计算开销方面以很少的消耗将测量活动(步骤1)与简档存储活动(步骤2)分离，对于与配置文件相关的有用数据的持续存储，从计算开销高得多的使用寿命计算部分(步骤4)，到仅不时进行使用寿命计算。
可以规定存储自确定初始时间以来经过的时间。然后可以通过从在使用寿命计算步骤4期间计算的使用寿命中减去经过的时间来获得电化学电池的剩余使用寿命。
也可以通过将先前计算的剩余使用寿命除以在使用寿命计算步骤4期间计算的使用寿命来计算电化学电池的充电状态。
在本发明的方法中，所用容量的确定值可以对应于电化学电池的标称容量。然后，确定初始时间对应于电化学电池的生产完成时间。
或者，在该方法中使用的确定的容量值对应于电化学电池的标称容量减去在确定的时间段内的容量损失。然后，确定初始时间对应于电化学电池首次投入使用的时间，并确定为生产结束的时间加上确定的时间段的持续时间。例如，该确定的时间段可以对应于电化学电池的生产和其实际投运之间的存储时间段。
本发明的方法可以通过计算机来实现。然后将其存储为计算机程序产品的指令。当程序由所讨论的计算机执行时，程序的指令使计算机执行本发明的方法，在确定应用中测量由电化学电池提供的至少一个电流值I的和电化学电池的至少一个温度值T。
本发明的方法还可以通过用于管理包括电池组的装置或设备的系统来实施，所述电池组具有至少一个电化学电池。
这种系统通常包括电子计算装置或计算机计算装置。它还包括测量装置。
计算电子设备或计算装置被编程以实施本发明的方法，通过测量装置在确定应用中测量由电化学电池提供的至少一个电流值I和电化学电池的至少一个温度值T。
还可以使电池组包括它自己的测量装置和它自己的电子计算装置。然后这些电子计算装置被编程以实施本发明的方法，通过这些测量装置在确定应用中测量由电化学电池提供的至少一个电流值I和电化学电池的至少一个温度值T。
本发明公开的方法适用于所有液态阴极一次锂型电化学，例如LiSOCl2型，并且也潜在地适用于固态阴极一次锂电化学，例如LiMnO2或LiCFx型。

Claims (17)

1.一种根据确定应用实时确定原电池组的电化学电池的使用寿命的方法，所述方法包括：
-测量步骤(1)，在所述确定应用中测量由所述电化学电池提供的至少一个电流值I和所述电化学电池的至少一个温度值T，
-总使用寿命计算步骤(4)，用于根据在所述测量步骤(1)期间测量的所述至少一个电流值I和所述至少一个温度值T，根据所述电化学电池的容量的确定值、所述确定应用的截止电压Vc和所述确定应用的背景电流If，计算从确定初始时间开始的所述电化学电池的可用时间。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述总使用寿命计算步骤(4)使用公式C xKp x R/(Imoy+Iad)计算从所述确定初始时间开始的所述电化学电池的可用时间，其中：
-C对应于所述电化学电池的容量的确定值，
-Kp对应于所述电化学电池的截止系数，并且首先是由所述确定应用所汲取的最大电流值Imax的函数并且其次是所述确定应用的截止电压Vc的函数，
-Imoy对应于根据所述电化学电池提供的一个或更多个电流值I获得的、由所述确定应用汲取的电流的平均值，并且包括所述确定应用的背景电流If的值，
-R对应于所述电化学电池的容量方面的性能，并且首先是由所述确定应用汲取的电流的平均值Imoy或最大值Imax的函数并且其次是在所述确定应用中所述电化学电池的温度的函数，
-Iad对应于所述电化学电池的自放电电流值，并且首先是由所述确定应用汲取的电流的平均值Imoy的函数并且其次是在所述确定应用中所述电化学电池的温度的函数。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，R和Iad的值从相应的表格中获得，所述表格将容量值R方面的性能和自放电电流Iad分别与表示平均电流Imoy或最大电流Imax和温度T的成对值相关联。
4.根据权利要求2和3中任一项所述的方法，其特征在于，Kp的值是从表格中获得的，所述表格将截止系数值Kp与表示最大电流Imax和截止电压Vc的成对值相关联。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其特征在于，背景电流值If通过测量获得，或者是可参数化的常数。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，在总使用寿命计算步骤(4)之前，执行用于存储所述确定应用的配置文件的存储步骤(2)，在此期间，最大电流值Imax，平均电流值Imoy，以及在测量步骤(1)中测量的一个或更多个温度值T被存储。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将所述一个或更多个温度值T与暴露持续时间相关联地存储在表格中，所述暴露持续时间对应于暴露于相应温度T的持续时间。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述温度值T通过温度阈值T分组在一起，并且所述表格将暴露持续时间与所述温度阈值T相关联。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其特征在于，包括用于检查是否存在计算使用寿命的请求的检查步骤(3)，并且如果所述检查步骤(3)的结果为是，则执行使用寿命计算步骤(4)，否则再次连续执行测量步骤(1)和存储步骤(2)。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，包括存储从所述确定初始时间开始的经过时间，以及通过从在使用寿命计算步骤(4)中计算的使用寿命中减去所述经过时间来计算所述电化学电池的剩余使用寿命。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，包括通过将剩余使用寿命除以在使用寿命计算步骤(4)期间计算的使用寿命来计算所述电化学电池的充电状态。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于，所述容量的确定值对应于所述电化学电池的标称容量，以及所述确定初始时间对应于所述电化学电池的生产完成时间。
13.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于，所述容量的确定值对应于所述电化学电池的标称容量减去在诸如存储时间段等确定时间段内的容量损失，以及所述确定初始时间对应于所述电化学电池首次投入使用的时间，并被确定为所述电化学电池生产完成的时间加上所述确定时间段的持续时间。
14.一种计算机程序产品，包括指令，当所述程序由计算机执行时，所述指令使所述计算机执行根据权利要求1至13中任一项所述的从以下步骤开始的方法：在所述确定应用中测量由所述电化学电池提供的至少一个电流值I和所述电化学电池的至少一个温度值T。
15.一种用于管理包括电池组的器件或设备的系统，所述电池组包括至少一个电化学电池，所述系统包括：
-测量装置，用于在确定应用中测量由所述电化学电池提供的至少一个电流值I和所述电化学电池的至少一个温度值T；
-电子计算装置或计算机计算装置，被编程为执行根据权利要求1至13中任一项所述的、从以下步骤开始的方法：在所述确定应用中测量由所述电化学电池提供的至少一个电流值I和所述电化学电池的至少一个温度值T。
16.一种包括至少一个电化学电池的电池组，其特征在于，所述电池组还包括：
测量装置，用于在所述电化学电池的确定应用中测量由所述电化学电池提供的至少一个电流值I和所述电化学电池的至少一个温度值T；以及
电子计算装置，所述电子计算装置被编程为执行根据权利要求1至13中任一项所述的、从以下步骤开始的方法：在所述确定应用中测量由所述电化学电池提供的至少一个电流值I和所述电化学电池的至少一个温度值T。
17.根据权利要求16所述的电池组，其中，所述至少一个电化学电池是LiSOCl2型的。
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