CN1205083A

CN1205083A - 电池寿命测定设备和电池寿命测定方法

Info

Publication number: CN1205083A
Application number: CN95198009A
Authority: CN
Inventors: 吉川哲生; 藤井裕司; 木曾茂盈
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1995-11-29
Filing date: 1995-11-29
Publication date: 1999-01-13
Anticipated expiration: 2015-11-29
Also published as: CN1116615C

Abstract

一种电池寿命测定设备,此电池把充好的电供给一电器,该设备的配置有:存储部分,用于存储电池放电开始之后的放电电压下降量标准总值与标准寿命值之间关系;放电电压下降量累加器部分,用于累加放电电池放电开始之后的放电电压下降量;以及寿命确定装置,根据测得的累加放电电压下降量总值和存储装置中的标准总值,确定电池寿命。

Description

电池寿命测定设备和电池寿命测定方法

本发明涉及测定电池寿命的设备及测定电池寿命的方法，此设备连接到或包含在电器内，在出现电源故障时给电器供电。

理想的是，个人计算机或工作站处理的数据即使在给这些设备供电的商业电源出现电源故障时仍然存储着。所以，提供备用的可放电和可再充电电池，为的是使个人计算机等准备的数据即使在出现电源故障时仍然存储着。

然而，备用电池随时间的消逝而质量下降，质量下降的进展就导致可靠性减小，例如，据说普通用作备用的铅酸蓄电池寿命为二至三年。所以，鉴于质量下降甚多的电池需要用新电池替换，在电池完全损坏之后再告诉使用者替换电池已为时太晚，重要的是，告诉用户质量下降的进展情况，提前靠知何时该替换电池。在这种条件下，通过参照环境温度和电器的负载容量测定电池寿命，提供电器连到商业电源状态下的这种测定设备。

然而，环境温度和负载容量是严重影响电池寿命和寿命测定的因素。因此，在测定电池寿命期间，电器的负载已发生变化或者由于环境温度骤变造成电池内、外产生温差，就会出现这样的情况，不仅不能测定电池的正确寿命，而且还会得到电池已严重损坏的不合理结果，尽管这是一个新电池，或者尽管这是一个已经使用多年余下的寿命仍与新电池寿命相当的旧电池。

而且，鉴于各个电池的放电特性不一定互相一致，普通的电池寿命测定方法基于这样一个假设，所有电池具有相同的放电特性，所以该方法不能准确地测定放电特性有差异的各个电池寿命。

此外，因为铅酸蓄电池在使用两年之后，其放电能力会突然下降，仅仅依靠定期地，如每个月，测定电池寿命，不能正确地测出已使用了约两年的电池寿命。

另外，当铅酸蓄电池互相串联时，可能会出现一个“电池元故障”现象，即，一个电池元突然损坏，其放电电压突然下降。另一方面，在电池放电和根据总的放电特性测定电池寿命的方法中，如图26(a)所示，放电过程是在放电电压达到某一电压值(放电限度)时终止的。其理由是，在此放电限度以下使电池放电会大大缩短电池寿命。然而，存在这样一个问题，终端电压会较早地达到固定的放电终止电压，如图26(b)所示，因此就抑制了没有电池元故障的其他电池元充分施展其能力。

而且，在现有技术监测电池连接状态的过程中，用于监测的电池电压加到分压电阻器上以得到一个模数转换电压，所以就会有相对大的电流通过，而且电池电压还用于备用，所以，电池在交流电源设备(商业电源)处在断开状态时仍在工作，就会有大量的功率消耗，各种类型信息不能存储很长时间。

本发明的诸多目的是：

(a)即使在负载或环境温度突变的情况下，能提供一个正确测定电池寿命的设备和方法；

(b)即使在各个电池的放电特性有差异的情况下，能提供一个正确测定电池寿命的设备和方法；

(c)提供一个测定电池寿命的设备和方法，它绝不会得出任何不合理的测定结果；

(d)提供一个在电池工作寿命期间的任何时候能正确测定电池寿命的设备和方法；

(e)提供一个测定电池寿命的设备和方法，即使在电池寿命测定时出现任一个电池元故障，而仍可使其他电池元充分施展能力；以及

(f)提供一个不间断电源设备，即使在交流电源设备断开时，它仍能以低功率消耗与电池连接或不连接，

为了达到上述目的，按照本发明提供一个测定电池寿命的设备，此电池给一电器供电，这个设备包括：寿命存储装置，用于存储电池放电开始之后的放电电压下降量标准总值与标准寿命值之间关系；放电电压下降量累加装置，用于累加放电电池放电开始之后的放电电压下降量；以及寿命确定装置，根据测得的累加放电电压下降量总值和存储装置中的标准总值，确定电池寿命。

这个寿命传递设备累加从放电开始至预定时间结束的放电电压下降量，寿命测定是根据得到的总值。所以，测定结果不太可能因负载的变化而发生变化。

这个电池寿命测定设备还可以包括；寿命存储装置，用于存储电池放电开始之后的放电电压下降量标准总值与标准寿命值之间关系；放电电压下降量累加装置，用于累加放电电池放电开始之后的放电电压下降量；以及寿命确定装置，根据测得的累加放电电压下降量总值和存储装置中的标准总值，确定电池寿命。这个设备完成多次起始放电，计算修正因子，利用算得的修正因子修正放电电压下降量标准总值与标准寿命值之间关系，以及把测得的放电电压下降量总值加到修正后的关系中确定电池寿命。所以，即使电池的特性有差异，这个设备能测定电池寿命。

此外，这个电池寿命测定设备还可以包括：寿命存储装置，用于存储电池放电开始之后的放电电压下降量标准总值与标准寿命值之间关系；放电电压下降量累加装置，用于累加放电电池放电开始之后的放电电压下降量；以及寿命确定装置，根据测得的累加放电电压下降量总值和存储装置中的标准总值，确定电池寿命。藉助这个设备，寿命测定是在电池表面与电池内部处在相同温度状态下完成的。所以，这个测定设备能够正确地测定电池寿命而不受温度变化的影响。

另外，这个电池寿命测定设备还可以包括：寿命存储装置，用于存储电池放电开始之后的放电电压下降量标准总值与标准寿命值之间关系；放电电压下降量累加装置，用于累加放电电池放电开始之后的放电电压下降量；以及寿命确定装置，根据测得的累加放电电压下降量总值和存储装置中的标准总值，确定电池寿命，藉助这个设备，即使在电池质量已下降甚多情况下能够实现正确的电池寿命测定。

这个电池寿命测定设备还可以包括：寿命存储装置，用于存储电池放电开始之后的放电电压下降量标准总值与标准寿命值之间关系；放电电压下降量累加装置，用于累加充电电池强迫放电开始之后的放电电压下降量；以及寿命确定装置，根据测得的累加放电电压下降量总值和存储装置中的标准总值，确定电池寿命，其中在检测到一个电池元故障之后，可以用修正之后测得的放电电压下降量完成电池寿命测定。

此外，测定给电器供电的电池寿命设备可以包括：寿命存储装置，用于存储电池放电开始之后的放电电压下降量标准总值与标准寿命值之间关系；放电电压下降量累加装置，用于累加放电电池放电开始之后的放电电压下降量；以及寿命确定装置，根据测得的累加放电电压下降量总值和存储装置中的标准总值，确定电池寿命。这个设备不会出现这样的不合理结果，刚开始使用的电池其寿命很短。

按照本发明提供一个测定电池寿命的方法，此方法包括的步骤为：在存储装置中存储电池放电开始之后的放电电压下降量标准总值与标准寿命值之间关系；测量放电电池放电开始之后随时间消逝的放电电压下降量；以及根据在规定的经过时间内测得的放电电压下降量总值和标准总值与存储装置中存储的标准寿命值之间关系，确定电池寿命。

这个电池寿命测定方法还可以包括如下步骤：完成电池多次起始放电；根据多次起始放电得到的放电特性和标准放电特性，计算修正因子；利用修正因子修正标准总值与存储装置中存储的标准寿命值之间关系；以及把测得的总值加到修正后的关系中，确定电池寿命。

此外，最好是，温度测量是在寿命测定开始时进行的，若温度变化超过预定值，在规定时间过去之后再进行寿命测定。

另外，这样做也是可行的，在电池使用开始之后一个规定时间周期以前，电池寿命测定是在第一循环阶段后进行；在一个规定时间周期以后，电池寿命测定是在第二循环阶段后进行，第二循环比第一循环短。

按照本发明提供一个带铅酸蓄电池的电器，此电器是由这个铅酸蓄电池给电器的电路提供电源电压，此电器包括：放电特性测量装置，用于测量电池的放电特性；电池元故障判断装置，根据放电特性判定是否存在电池元故障；以及降低电池放电终止电压的装置，在判定出现电池元故障时，降低放电终止电压一个预定值。在此设备中，一旦检测到电池元故障以后，放电终止电压就设置在规定的较低值上。所以，放电时间就相应地延长，为的是使无电池元故障的其他电池元能够有效地得到利用。

按照本发明提供一个带电路部分和电池部分的不间断电源设备，这个电路部分与电池部分之间互相连接，不间断电源设备包括：ON-OFF判定装置，判定给电路部分提供电源的交流电源设备是ON或OFF；第一信号输出装置，用于输出相当于电池部分数目的电压；第二信号输出装置，用于输出相应于电池部分是否连接的二元信号；监测装置，根据ON-OFF判定装置判定的ON状态来自第一信号输出装置的信号和根据ON-OFF判定装置判定的OFF状态来自第二信号输出装置的信号，监测电池部分的连接状态。最好是，通过把第一信号输出装置和第二信号输出装置二者输出中前一次监测的信号输出转变成后一次监测的信号输出，和利用连续观察平均过程之后的输出信号，不间断电源设备监测各电池部分的连接状态。最好是，把来自第一信号输出装置的输出和第二信号输出装置的输出中前一个信号输出，不管哪一个输出是首先被监测到，在开关从ON状态转到OFF状态，或从OFF状态转到ON状态之后转变成后一个信号输出，利用移位平均后一个信号输出监测各电池部分的连接状态。

在这个不间断电源设备中，在交流电源设备是OFF的同时，电路部分的工作依靠来自交流电源设备的电压，在鉴别为ON之后，对电池数目的响应是，电路部分从第一信号输出装置输出一个电压。所以，监测装置能够根据精确鉴定的合成电压知道连接的数目。另一方面，在交流电源设备为OFF时，由于第二信号输出装置输出一个表示电池是否连接的信号，例如，一个为高电平或低电平的信号，监测装置就能够通过鉴别高电平或低电平检测到是否连接，并且还存储此信号。在此情况下，一切需要做的是，鉴别出高电平或低电平，由于没有任何大电流通过分压电阻器，所以能够降低功率消耗。

图1是方框图，表示带本发明电池寿命测定设备的不间断电源设备；

图2是不间断电源总功能的方框图；

图3是方框图，表示图2方框图中记时器部分的组成；

图4是方框图，表示图2方框图中待机部分的组成；

图5是方框图，表示图2方框图中累加器的组成；

图6是电池的放电电压特性曲线；

图7是放电电压下降量总值表；

图8是寿命值表；

图9是方框图，表示图2方框图中寿命值表计算器的组成；

图10是温度的隶属函数图，此温度是模糊推理部分的一个输入；

图11是负载的隶属函数图，此负载是模糊推理部分的一个输入；

图12是描述负载和温度的电池寿命测定表；

图13是100％寿命值的内插表；

图14是180W和20℃时的内插结果表；

图15是电池寿命测定过程中的主流程图；

图16是与图15流程图一起描述电池寿命测定过程的流程图；

图17是与图15和16流程图一起描述电池寿命测定过程的流程图；

图18是与图15至17流程图一起描述电池寿命测定过程的流程图；

图19是标准电压下降量表；

图20是标准电压下降量和总值的1digit内插表；

图21是在180W和20℃时的内插地果一个实例；

图22是用于检测电池元故障的数组存储表；

图23是寿命值的隶属函数图，此寿命值是模糊推理部分的一个输入；

图24是经过的月数的隶属函数图，此经过的月数是模糊推理部分的一个输入；

图25是充电史的隶属函数图，此充电史是模糊推理部分的一个输入；

图26是模糊推理部分结论部分的隶属函数图；

图27是模糊推理部分所用的规则；

图28是不间断电源设备的主要流程图部分；

图29是描述蓄电池中的电池元故障图；

图30是描述控制单元与电池单元连接状态的监测功能图；

图31是时间图，描述交流电源设备从ON状态变化到OFF状态之后监测功能的运行；

图32是流程图，描述交流电源设备从ON状态变化到OFF状态之后监测功能的运行；

图33是时间图，描述交流电源设备从OFF状态变化到ON状态之后监测功能的运行；以及

图34是流程图，描述交流电源设备从OFF状态变化到ON状态之后监测功能的运行。

实施现在结合参照附图描述本发明的各个优选实施例。

(1)不间断电源设备的组成

图1是不间断电源设备的方框图。此不间断电源设备的整体用参考数字1表示，它通常包括电池单元10和控制单元20，其中这个电池单元10与控制单元20互相之间用多根电缆11和连接器12连接。此不间断电源设备1把通常从商业电源30馈入的电力经控制单元20供给电器，即，作为一个负载的电器40。除此以外，不间断电源设备1给电池单元10充电，在商业电源供电中断时(例如，电源故障)，把给电池单元10充好的电经控制单元20提供给负载40。

电池单元10配置了可放电／可再充电的电池13(一般为铅酸蓄电池)，此电池13可移动地安装在那里，这个电池13的寿命用以下要描述的电池寿命测定设备和方法检测，电池单元10还配置了转换器电路，把给电池13充的电转换成AC电流，即，逆变器电路(未画出)。

控制电路20包括：连到商业电源30的插头21，与电器40连接的插孔(插座)22，在插头21与插座22之间的电源电路23，和控制电源电路23的控制电路24。控制电路24还监测从商业电源30给电源电路23传送的AC电压，例如，一旦检测到由于电源故障来自商业电源30的供电中断时，控制电路24切换电源电路23，以便从电池单元10的电池13经电源电路23给电器40供电。连接在电源电路23与电池单元10之间的电源部分25配置了整流器电路和电压／电流稳定电路(未画出)，其中从商业电源30经电源电路23馈入的AC电流被整流器电路转变成DC电流，生成的DC电流被稳定并提供给电池单元10，于是也给电池13充电。电源部分25还配置了可充电电池(未画出)，此电池给控制单元内的BMCU微型计算机26，UMCU微型计算机27，控制电路24等等供电。

BMCU微型计算机26经电缆11和连接器12直接地连到电池单元10。而且，BMCU微型计算机26包括A／D(模数)转换器和备用电池，模数转换器把来自电池13的模拟信号转换成数字信号，备用电池用于保留转换的数据等信息，BMCU微型计算机26实现电池单元10是否连接到控制单元20的判断，以下描述的电池寿命测定，以及此寿命测定过程。UMCU微型计算机27连接到BMCU微型计算机26，输出一个信号到控制电路24，为的是按照来自BMCU微型计算机26的指令切换电源电路23。此外，UMCU微型计算机27连接到具有报警和显示功能的显示器28，因此，电池13的寿命由UMCU微型计算机27判定，即，电池的质量下降程度，电池替换报警，等等在显示器28上显示。

此外，温度传感器14连到电池单元10，以使电池13放置的环境温度输入到BMCU微型计算机26中，而且，负载，即电器40，配置了检测负载的负载传感器42(例如，电流变换器)，其中传感器的输出被UMCU微型计算机27转换成数字信号，得到的数字信号由串行通讯线路传送到BMCU微型计算机26。

(2)不间断电源设备的运行

下面概略地叙述不间断电源设备1的运行情况。正常状态下，来自控制电路24的一个信号使电源电路23设定在这样一个状态，电源电路23与插头21和插座22互相连接。所以，来自商业电源30的供电经插头21，电源电路23，插座22和连到插座22的插头21传给电器40。此外，供给电源电路23的AC电流还经电源部分25提供给电池单元10，因此电池13被充电。除此以外，经电源部分25的供电部分地对机内电池充电，为的是用作微型计算机26，27和各种电路的控制电流。

由于电源故障等原因使商业电源30供电中断时，形成的中断状态被控制电路24检测到。BMCU微型计算机26经UMCU微型计算机27输出一个预定信号到控制电路24，以使电源电路23被切换，此外，根据来自控制电路24的信号，BMCU微型计算机26启动电池单元10内的电池13和逆变器电路，使得从电池13输出的DC电流变换成AC电流，并经电源电路23供给电器40。因此，电器40按照与正常状态相同的方式运行。而且，即使在这个中断状态下，BMCU微型计算机26仍然监测电池13的连接状态，其输出电压，使用持续时间，等等。

(3)电池寿命电路

图2是BMCU微型计算机26的寿命测定电路，它完成电池13的寿命测定。这个寿命测定的进行原则上经过以下步骤，通过对电池13中充的电放电三次(起始放电)，测量电池13的放电电压下降量特性(实际放电电压下降量特性)，把此结果与存储在BMCU微型计算机26中的标准放电电压下降量特性进行比较。此外，考虑到电池13的充电史，充电所需的持续时间等因素再次确定电池的测定寿命值，根据测定结果发出更换电池等通知。

在下文对寿命测定电路50的各个部分给以描述。

①计时器部分51

在这个寿命测定电路50中，计时器部分51指定寿命测定的周期循环，寿命测定过程是在指定循环的步骤中重复进行。更具体些说，图3所示计时器部分51包括：月计时器511，它每月输出一个信号；周计时器512，它每周输出一个信号；和计时器选择部分513，它选择计时器511和计时器512二者之一。计时器选择部分513选择月计时器511从电池13使用开始后的两年时间内，在使用开始的两年过去之后选择周计时器512，当计时器511或512到期，计时器部分51就输出一个信号，输出的信号输入到准备了触发信号的部分53。

②待机部分53

待机部分53监测环境温度的变化。当温度突然变化时，在预定时间内保持待机状态，因此消除了这种突然环境变化对寿命测定的任何影响。更具体些说，在图4所示的待机部分53中，测量部分531根据温度传感器14的输出测量温度。此温度与比较部分533中前一时刻测得并存储在存储器532中的温度进行比较，例如，30分钟之前测得的温度。然后，若新测得的温度比前一时刻测得的温度高出一个规定温度(例如，4℃)或更多，则寿命测定可以在预定的时间之后进行。

③温度测量部分54

温度测量部分54根据温度传感器14的输出测量温度。在此情况下，若电池单元10放置的环境温度在规定的温度范围以内，例如，O°至40℃，则寿命测定是允许的；若环境温度超出这个范围，则寿命测定是不允许的。

④负载容量测量部分55

负载容量测量部分55根据负载传感器42的输出检测电器40的负载。然后，若负载容量低于不间断电源设备1的额定功率，或者等于或大于此额定功率的15％，则寿命测定是允许的；否则，寿命测定是不允许的。

⑤累加器部分56(见图4)

图4所示的累加器部分56包括：电压下降量测量部分561；电池元故障检测器562；修正器563，一旦检测到电池元故障修正测得的下降电压；测量时间的计时器部分564；以及计算器565，它累加下降电压的电压下降量和时间。在这个累加器部分56内，如图5所示放电时间与电池放电电压之间关系的曲线中，放电电压下降量是从下降电压开始累加，在以测量开始至结束的周期内，时间的步长是按，例如，500W·S(Watts／sec)。

通过实验以前测得所有的总值表示在标准电压下降量总值表(标准总值表)中，因此能够得到对应于一个温度和一个负载容量的最佳寿命测定结果(见图6)。所以，计算反复进行，直到累加值成为总值表中代表的规定值。

更具体些说，放电电压下降量是由测量部分561测量。与此同时，在测量过程中出现电池元故障时，电池元故障检测器562可以检测到，修正器563就修正实际测得的放电电压下降量，累加器部分565按照计时器564指定的时间间隔步长累加放电电压下降量。

标准总值表指出四个温度(0℃，10℃，25℃，45℃)，四个负载(50W，125W，250W，500W)，以及在这些温度和负载条件下最佳寿命测定的标准放电电压总值(W·S)。所以，例如，若温度是10℃且负载容量为700℃，则累加电压下降量直到总值成为a₄₂。在温度和负载条件不列出在标准总值表的情况下，例如，在15℃和200W情况下，通过在此表中内插必需的数值确定内插的标准总值。此外，对于标准总值表中十六个标准总值，准备了十六个标准总值表，这些表说明了电压下降量(下降电压与时间的乘积)与寿命值之间关系(见图7)。

⑥寿命值表计算器部分57(见图8)

寿命值表计算器部分57配置了16标准寿命值表571(见图6)，表中四个温度(0℃，10℃，25℃，45℃)与四个负载(50W，125W，250W，500W)互相组合。通过在标准总值表中模糊内插总值，计算器572确定不同于上述温度和负载条件下(例如，15℃，30W)的寿命值表。而且，在模糊推理中采用了图9和图10所示隶属函数。

利用三次起始放电中分别测得的(实际)总值以及通过计算确定的标准总值(或内插总值)，计算器572按以下公式(1)确定修正因子γ：

γ=I／I_S (1)

其中I是实际测量中测得的总值，I_S是标准(或内插)总值。接着，图7所示标准寿命值表中各个值乘以修正因子γ，得到了测量时温度和负载的具体寿命值表。

修正因子γ最终由三次起始放电所确定。更具体些说，存储第一次起始放电时确定的修正因子γ₁。然后，计算第二次起始放电确定的修正因子γ₂与上一次修正因子γ₁之间的平均值γ₁₂。接着，根据修正因子γ₁₂和第三次起始放电确定的修正因子γ₃，按照以下公式(2)确定最终修正因子γ。

γ=(2γ₁₂+γ₃)／3 (2)

现在，进一步说明基于标准寿命值表的电压下降量总值的模糊内插法。关于四个负载容量50W，125W，250W，500W和四个温度0℃，10℃，25℃，45℃组合而成的十六个条件，准备了寿命值-总值差表，这些表说明从0％至100％之间步长为10％的寿命值与它们相应的放电电压下降量总值差的关系。(见图11)，以及基于上述这些表准备的各个寿命值(100％，…，0％)内插表(见图12)，所以可利用这些内插表模糊内插电压下降量总值。此外，在这些表1digit表示O．05V，例如，20digits对应1(V·sec)。例如，在图13所示负载容量为180W和温度为20℃条件下，利用各个寿命值的内插表(图12)计算相应于各个寿命值的总值差，以及利用各个总值差修正标准总值表。

⑦测定准则判定部分58

测定准则判定部分58判定寿命测定所需的准则，如测量温度，测量负载，以及对应于这些条件下的具体寿命值表等等。

⑧测定部分59

测定部分59利用具体的寿命值表确定电池的寿命，此寿命值表是根据累加器部分56确定的电压下降量总值(测量值)(V·S)。

⑨总模糊推理部分60

总模糊推理部分60根据电池充电史61和电池充电经过时间62，用模糊推理方法全面评估测定部分59确定的电池寿命。

(4)寿命测定

参照图15的流程图描述电池的寿命测定。应当注意，电池寿命测定是在电器即负载40连接的状态下完成的。

寿命测定开始，当第一次放电命令准备好时(ST1)，控制电路24就使电源电路23从正常状态切换到待机状态，其中电池单元10的电池13放电以给电器40供电。在这个过程中，放电电压沿图6所示曲线减小，图中曲线梯度随负载容量和温度而异。

在预定时间过去以后，例如，从放电开始的10秒以后，测量负载电流以及计算其负载功率(ST2)。负载测量是连续地进行八次，确定八次测量的负载功率平均值。而且，根据负载功率，确定负载寿命测定的最佳电压下降量总值和测量持续时间。这个电压下降量总值可以从内插标准总值表生成的总值中得到，或参照此温度和负载条件下该总值表中的值。测量持续时间可以根据电压下降量总值和负载功率而确定。例如，参照图7的标准电压下降量总值表，在负载功率为125W和温度为25℃条件下，此总值确定为58000WS。其次，根据这个总值和负载功率，确定测量的持续时间。此外，在测量温度为5℃和负载功率为100W的条件下，通过内插标准电压下降量总值表中的数值，确定目标总值和测量持续时间。

接着，根据温度传感器的输出测定温度，并判断温度是否在预定的具体范围内(ST3)。若温在具体范围(例如，0-40℃)以外，就停止放电，传送一个放电禁止命令，程序结束，(ST4)。若温度在具体范围以内，则根据负载传感器的输出确定负载容量，并判断负载容量是否在预定的范围内(ST5)。若负载在预定的范围以外，就停止放电，传送一个放电禁止命令，程序结束(ST6)。若容量在预定范围以内，则判断负载功率移位平均值在每次负载测量结束时是否已变化了移位平均值的10％或更大，此移位平均值是上一次得到的值(ST7)。若负载变化已达到10％或更大，就停止放电，传送一个测定禁止命令，程序结束(ST8)。若负载变化小于10％，则判断以前确定的测量持续时间是否已过去(ST9)，其中ST7和ST8两个过程每秒重复地进行，直到测量持续时间结束，在测量持续时间过去之后，第一次起始放电结束(ST10)，控制电路24使电源电路23切换，待机状态回到正常状态，使电池处在充电状态并被激活。这个充电状态持续两分钟(ST11)。

一旦完成激活充电之后，发出第二次放电命令(ST12)，用于寿命测定的放电开始了，控制电路24使电源电路23切换，从正常状态转到待机状态。而且，如同ST2过程一样，测量负载电流(ST13)，在此过程中判断负载变化是否为10％或更大(ST14)，若负载变化为10％或更大，就停止放电，传送一个测定禁止命令，此程序结束(ST15)。若负载变化小于10％，就存储此负载变化值(ST16)。此处存储的负载变化值用于寿命值表的修正。例如，若负载变化为5％，则修正因子γ就修改5％，利用修改后的修正因子，修正以后测量条件和所测电池13的具体寿命值表。

接着，根据标准总值表，测量时的温度，利用模糊推理确定负载容量的内插总值S_S和具体寿命值表(ST17)。此外，制备测量时温度和负载容量条件下的内插总值表(ST18)。另外，把累加区(从测量开始到测量结束的区域)分成十个分区，计算各个分区的测量总值(分区总值)(ST19)。

在以下ST19至ST44各个步骤中检测电池元故障。首先，在ST19中，各个分区总值被负载容量除以确定各个分区的持续时间(ST20)。虽然，每个分区的持续时间随温度和负载容量而变化，一般，每个分区的分区总值约为1670WS，分区持续时间约为7秒。现在进入到计算每个分区电压下降量的过程，清除电压下降量总值S_S(ST21)，开始计算每个分区的寿命值。

首先，确定测量开始时测得的放电电压下降量D_S，以及每个分区的第一次电压下降量(分区起始值)D_SS(I)(ST23)。

其次，确定测量时温度和负载容量下的内插电压下降量表(ST24)。这个内插电压下降量表是按以下方法确定的。例如，在温度为20℃和负载为180W条件下，根据十六个标准电压下降量表和渐进的功率总值，这些是由四个负载容量和四个温度组合而成的，制备图20的内插电压下降量表(见图19)。然后，根据这个内插电压下降量表，可以得到负载容量为180W和温度为20℃条件下的图21所示内插结果。

接着，根据内插电压下降量表，确定对应于上述十个分区中各个分区的标准电压下降量D_h和起始电压下降量(分区起始值)D_hs(I)(ST25)。

然后，判断放电是否结束(ST26)，若放电已结束，放电过程就终止(ST64)。此外，在判定为报警时传送一个“完全损坏”信号，在判定为警告时传送一个“报警”信号。若在ST26的判定结果是NO，则判断放电电压下降量总值是否已达到500WS(ST27)。若此结果是NO，则程序返回到ST26，此处ST26和ST27的过程反复地进行直到总值超过500WS；若此结果是YES，则D_S-D_SS(I)加到测得的分区电压下降量总值S_sk(I)上(ST28)，D_S加到测得的电压下降量总值S_S上(ST29)。在此情况下，若500WS的进程超出了分区边界，则这一步测得的电压下降量D_S按比例被属于各个分区的总值除，再累加属于各个分区的按比例相除的值。

在ST30，确定测量时温度和负载容量条件下的内插电压下降量表。然后，内插下降量D_h-内插下降量分区起始值D_hs(I)加到分区电压下降量总值S_sk(I)上(ST30)，在此处判断一个分区是否已结束(ST32)。ST26至ST32的过程反复地进行直到一个分区结束，由此累加一个分区的分区内插下降量。

其次，内插寿命值表乘以分区内插下降量总值S_hk(I)，之后被100％总值表的各个值除，由此准备好了分区I的寿命值表(ST33)。然后，确定分区寿命值J(I)(ST34)，并存储在图22所示的数组中(ST35)。在图22中，I代表当前计算的一个分区，I-1代表分区I之前的第一个分区，I-2代表分区I之前第二个分区。字符J代表分区寿命值，F代表修正电池元故障的一个标志，H代表修正电池元故障所需的数值。这个数值H(k)由下列公式(3)给出：

H(k)=D_SS(k)-D_hs(K) (3)

为了判断是否存在电池元故障，首先判断分区寿命值J(I)是否小于40％，且分区寿命值J(I-1)或分区寿命值J(I-2)是否都不小于60％(ST36)。如果是YES，标志F(I)设置为1(ST37)，程序进入到ST38。如果是NO，程序跳过ST37，进入到ST38。在ST38，判断分区寿命值J(I-1)是否小于40％，且分区寿命值J(I)或分区寿命值J(I-2)是否都不小于60％。如果是YES，标志F(I-1)设置为1(ST39)，程序进入到ST40。如果是NO，程序跳过ST39，进入到ST40。

在ST40，判断分区寿命值J(I-2)是否小于40％，且分区寿命值J(I)或分区寿命值J(I-1)是否都小于60％。如果是YES，标志F(I-2)设置为1(ST41)，程序进入到ST42。如果是NO，程序跳过ST41，进入到ST42。在ST42，判断标志F(I-2)是否为1。如果是YES，判定为电池元故障，就从以下测得的下降量D_S减去修正值H(I-1)(ST43)，以及从测得的下降量总值S_S减去2·H(I-1)乘以一个分区的累加次数(ST44)。

在此实施例中，按照上述方法检测电池元故障，在检测到电池元故障之后，修正以下分区的寿命测定结果，可使电池元故障因子从寿命测定结果中去除。

接着，在电池寿命测定过程中判断电池是否已严重损坏。为此目的，在ST45中判断I是否为4。如果是YES，在ST46及以下的过程中执行报警电平判定，在这个报警电平判定中，从测得的下降量总值S_S中首次确定寿命值，存储此得出的寿命值，即更新寿命值。然后在ST47中通过模糊推理从电池充电特性上判断电池是否已损坏。在此情况下的模糊推理是，采用寿命值隶属函数(见图23)，电池使用开始之后的经过月数隶属函数(见图24)，和充电史隶属函数(见图25)作为输入值，隶属函数在结论部分的标记(见图26)是正常，警告和报警。模糊规则在图27中表示，此处充电史Low(0)，Mid(120)，High(240)(每个数值是从温度与经过月数的乘积除以10得到的)分别表示在上，中，下三个阶段，经过月数NEW(12)，MED(36)，OLD(60)(每个数值是过去的月数)在各个阶段沿着排的方向表示，寿命值100％，70％，30％在各个阶段沿着列的方向按三维方向排列，其中寿命值可以根据这些数值的加权平均确定。计算是按以下顺序完成的：(1)27个精细度乘以每个真值表中结论部分的寿命值100％，50％和0％；(2)对全部27个计算值求和，求和结果除以总的精细度(对27个精细度求和得到的值)。求此计算得出值的加权平均。根据此计算结果，对于寿命值为100至70，此电池判定为“正常”；对于寿命值为70至30，判定为“警告”；对于寿命值为30至0，判定为“报警”。

再参照图18的流程图，若在ST47中模糊推理的结果是报警，则结束放电，发出“报警”信号(ST48)。此外，若模糊推理的结果是正常或警告，则程序返回到ST22，进入到下一分区的计算，即，分区I=5。

若在ST45的判断中I不等于4，则在ST49判断I是否等于9。如果是YES，即，如果程序进入到分区I=9的计算，则执行警告电平判定，此判定是执行ST50之后最后的处理过程。在此警告电平判定中，根据电压下降量总值S_S首先计算电池寿命值并加以存储(ST50)。接着，如同ST47中一样，把寿命值，充电史和经过月数的三个隶属函数作为输入值，通过模糊推理判断电池处在正常，警告或报警三者之中哪一个状态。三个隶属函数是ST47中所采用的那些隶属函数。

根据模糊推理的结果，若电池判定为在正常状态，在传送判定结果的同时结束放电(ST52)，发出第二次放电结束命令(ST53)，传送一个“正常”判定信号(ST54)。接着，判断下一次实行的放电是否为第三次(ST55)，此处若判定为第三次，程序进入到ST56，计算上述的修正因子。其次，判断负载变化是否小于5％，此处如果是YES，用于计算起始放电次数的计数器增1(ST58)，更新修正因子(ST60)和存储电池的寿命值(ST61)。

若在ST51中模糊推理的结果是警告，则放电结束，传送一个“警告”信号(ST62)。若模糊推理的结果是报警，则放电结束，传送一个“报警”信号(SB63)。

上述的寿命测定是按照如图28流程图所示周期性地进行。在电池单元中该电池使用开始之后的24个月以前，在ST71中判断24个月是否已过去的结果是NO，在此情况下判断上一次寿命测定之日起的30天是否已过去(ST72)。保持待机状态直至30天过去，当30天已过去时，30天计时器复位(ST73)，就开始寿命测定过程。就是说，在电池使用开始之后的24个月以前，寿命测定过程是每30天进行一次。

当电池使用开始之后的24个月已过去后，在ST71中的判定是YES，此时判断上一次寿命测定之日起的7天是否已过去(ST74)。保持待机状态直至7天过去，当7天已过去时，7天计时器复位，就开始寿命测定。

在上述实施例中，不间断电源设备的结构是，电池单元与控制单元是互相独立的。然而，这两个单元可以集成为一个单元，或者是，控制单元与电器集合在一起。

此外，在不间断电源设备中，也可以这样安排，当检测到蓄电池中有电池元故障时，放电终止电压设置成低2V，如图29(c)所示，使得没有电池元故障的其他电池元能够有效地得到利用。

另外，电压下降量总值与寿命值等之间关系用表格的形式存储着。然而，这些关系也可以用函数公式的形式存储着，或者，寿命值等可以利用测得的数据通过算术运算计算出来。

如上所述，按照本发明，放电电压下降量的累加是从电池放电开始直到规定时间过去为止，寿命值的测定是根据得到的总值。所以，此寿命测定结果不太可能因负载变化等因素而受到影响。

而且，修正因子是通过多次起始放电而确定的，各个电池的特性得到修正。所以，可以准确地测定电池寿命而与各个电池中特性差异无关。

此外，在寿命测定过程中出现温度变化超过规定值时，在待命状态的规定时间过去之后再测量电池寿命。所以，电池寿命是在电池内、外温度相同的状态下测定的。所以，能够进行准确的寿命测定而不受温度变化的影响。

另外，寿命测定的周期随电池使用开始之后过去的时间而改变。所以，即使是损坏的电池也能实现准确的寿命测定。

由于寿命测定是在检测到电池元故障就修改放电电压下降量之后进行的，能够实现准确的寿命测定而与因电池元故障引起一些特性变化无关。

而且，由于寿命测定是根据模糊推理方法进行的，由放电电压下降量总值确定的寿命值，充电史和经过时间三者作为输入，绝不会出现这种不合理结果，刚开始使用的电池仅仅余下很短的寿命。

此外，在检测到电池元故障时，由于放电终止电压设定在预定的较低值上，就相应地延长放电时间，使得无电池元故障的其他电池元能有效地得到利用。

(5)监测功能

现在描述BMCU微型计算机26的监测功能。图30是一个电路图，画出BMCU微型计算机26与不间断电源设备1中电池单元13之间的连接。电池单元10中的电池13经连接器12两个端子P2，P3连到BMCU微型计算机26，电池单元10中的电阻器R1经连接器12的两个端子P1，P4连到BMCU微型计算机26。此外，电阻器R1的一端连到与BMCU微型计算机连接器12的端子P1相连的一条线上，而电压V1加到电阻器R1的另一端。另外，BMCU微型计算机26中有备用电池，此电池的电压V2连到另一条线上，这条线经电阻器R3连到BMCU微型计算机连接器的端子P1。

在此电路中，电阻器R3的电阻值设置成大于电阻器R1，R2的电阻值(约10kΩ)，此处电压V1被电阻器R1，R2分配，电压V2被电阻器R3，R4分配。在电源设备为ON时，即，当控制单元20从商业电源获得功率时，从电源部分得到电压V1，在此情况下，由电阻器R1和R2分出的电压进入BMCU微型计算机26，这两个电压被机内A／D转换器转换成数字值。在此情况下，连到控制单元20的电池单元数目越大，与电阻器R1并联的数目就越大，因此端子P1与P2之间组合的电阻值就越小，端子P1的电压也就越小。所以，可以根据端子P1电压值的大小知道连接的电池单元数目，此电压值已被A／D转换并存储。

在电源设备处在OFF状态时，得不到电压V1。所以，在电源设备OFF时，利用电阻器R2，R3分配的电压检测电池单元10是否连接到控制单元20，是否连接取决于经端子P1这条线传输的信号是H或L。若电池单元10没有连接，端子P1处在断开状态，使此信号被上拉到H。若电池单元10是连接的，端子P1有电阻器R3，R2构成的分压部分V2，由于R3≥R1，端子P1被下拉到L。鉴别是H或L，并加以存储，由此可以检测和记录电池单元10是否连接。

假设连到控制单元20的电源处在ON状态，现在改变到OFF状态，参照图31时间图和图32流程图描述电池的监测运行，图31画出从ON状态变化到OFF状态发生在时刻t₃，其中时间消逝表示成从右至左。在时刻t₂，得到端子P1处的最后A／D转换值②。在时刻t₁，得到次最后值的A／D转换值①，时刻t₁是时刻t₂的前一采样时刻。

当电源在时刻t₃转变成OFF时，即，进入睡眠模式，则BMCU微型计算机26在电源转到OFF之前首先求出A／D转换值①与②之和，然后再累加转到OFF时，即时刻t₃的A／D转换值③，将此和值除以3得到移位平均值，再将得到的值⑤转换成H或L电平(ST101)。

在下一采样时刻t₄，BMCU微型计算机26把时刻t₄端子P1的H或L值加到二倍H或L值⑤上，将此结果除以3，再将得到的值⑥表示成H或L(ST102)。此后，每次采样时刻到来时，判断控制单元20的电源是否已转到ON(ST103)，此时若电源已转到ON，则反复地进行H和L的移位平均，并继续监测端子P1是在H或在L电平上，即，监测电池单元的连接状态。若电源在采样时刻从OFF状态变化到ON状态，则在ST103中判定为YES，此时程序转移到电源从OFF状态转到ON状态的处理(ST105)。

接着，参照图33时间图和图34流程图描述电源从OFF状态转到ON状态的处理运行。因为OFF处理是在时刻t₁，t₂完成的，得到并存储端子P1在每个时刻的H和L值①，②。若电源在时刻t₃已变化到ON状态，得到了时刻t₃的H和L判别值③。把这些值①，②，③求和并将此和值除以3，计算出移位平均值④，将计算得到的值转变成A／D转换值(ST122)。在时刻t₄之后，根据端子P1的A／D转换值继续地监测电池的连接状态。

如上所述，在这个监测功能中，鉴于在交流电源ON时，利用相当于电池连接数目的信号电压监测电池的连接状态；在电源OFF时，监测相当于是否连接的信号H和L。所以，当电源处在OFF状态时能够节省功率消耗，使备用电池延长工作寿命。因此，可以恰当地应付连接状态，持续时间等等。

Claims

1．一种电池寿命测定设备，此电池把充的电供给电器，该设备包括：寿命存储装置，用于存储电池放电开始之后的放电电压下降量标准总值与标准寿命值之间的关系；放电电压下降量累加装置，用于累加放电电池放电开始之后的放电电压下降量；以及寿命确定装置，根据测得的累加放电电压下降量总值和存储装置中的标准总值，确定电池寿命。

2．按照权利要求1的电池寿命测定设备，还包括：完成电池多次起始放电的装置；修正因子计算装置，根据起始放电得到的放电特性，计算修正标准总值与标准寿命值之间关系的修正因子；以及修正装置，利用修正因子修正标准总值与标准寿命值之间关系，其中通过测得的总值加到修正后的关系中确定电池寿命。

3．按照权利要求1的电池寿命测定设备，还包括：温度变化检测装置，用于检测温度变化已超过规定值的这一情况；和起动寿命测定的装置，寿命测定开始时出现了温度变化超过规定值，在此之后的预定时间过去之后开始寿命测定。

4．按照权利要求1的电池寿命测定设备，还包括：周期计数装置，记下电池使用开始之后的一个周期；第一计时器，它在预定的第一循环阶段后终止；第二计时器，它在预定的第二循环阶段后终止，第二循环比第一循环短；以及启动寿命测定装置的装置，在周期计数装置计到规定周期之前，在第一循环阶段之后启动寿命测定装置，在周期计数装置计到规定周期之后，在第二循环阶段之后启动寿命测定装置。

5．按照权利要求1的电池寿命测定设备，还包括：电池元故障检测装置，根据放电电压下降特性检测蓄电池中电池元故障；和修正装置，一旦检测到电池元故障就修正放电电压下降量，其中在检测到电池元故障后，寿命测定是利用修正后测得的放电电压下降量。

6．一种电池寿命测定设备，此电池把充好的电供给一电器，该设备包括：寿命存储装置，用于存储电池放电开始之后的放电电压下降量标准总值与标准寿命值之间的关系；放电电压下降量累加装置，用于累加放电电池放电开始之后的放电电压下降量；寿命确定装置，根据测得的累加放电电压下降量总值确定电池寿命；输入充电史装置；输入经过时间装置；以及模糊推理装置，用于接收对应于总值，充电史和经过时间得到的寿命值，执行模糊运算，和输出电池的寿命值。

7．一种电池寿命测定方法，它包括的步骤为：在存储装置中存储电池放电开始之后的放电电压下降量标准总值与标准寿命值之间的关系；测量放电电池放电开始之后随着时间消逝的放电电压下降量；以及根据规定时间消逝期间内测得的放电电压下降量总值和标准总值与存储装置中存储的标准寿命值之间的关系，确定电池寿命。

8．按照权利要求7的电池寿命测定方法，还包括以下步骤：完成电池多次起始放电；根据从多次起始放电得到的放电特性和标准放电特性，计算修正因子；利用修正因子修正标准总值与存储装置中存储的标准寿命值之间的关系；以及把测得的总值加到修正后的关系中确定电池寿命。

9．按照权利要求7的电池寿命测定方法，其中温度是在寿命测定开始之时测量的，若出现了温度变化超过规定值的情况，则寿命测定是在预定时间间隔过去之后再进行。

10．按照权利要求7的电池寿命测定方法，其中：电池使用开始之后的规定时间周期过去以前，寿命测定是在第一循环阶段后进行；规定时间周期过去以后，寿命测定是在第二循环阶段后进行，第二循环比第一循环短。

11．一种配置了铅酸蓄电池的电器，由铅酸蓄电池的电源电压供给此电器的电路，此电器包括：放电特性测量装置，用于测量蓄电池的放电特性；电池元故障判断装置，根据放电特性判断是否存在电池元故障；以及降低放电终止电压的装置，在判定存在电池元故障时把放电终止电压降低一个规定值。

12．一种配置了电路部分和电池部分的不间断电源设备，这个电路部分与电池部分互相连接，不间断电源设备包括：ON-OFF判断装置，用于判断给电路部分供电的交流电源是ON还是OFF；第一信号输出装置，用于输出与电池部分数目相对应的电压；第二信号输出装置，用于输出一个对应于电池部分是否连接的二元信号；以及监测装置，根据ON-OFF判断装置判定为ON状态时来自第一信号输出装置的信号和根据ON-OFF判断装置判定为OFF状态时来自第二信号输出装置的信号，监测电池部分的连接状态。

13．按照权利要求12的不间断电源设备，其中第一信号输出装置的输出和第二信号输出装置的输出二者之中前一个信号输出，不管哪一个被首先检测到，在开关从ON状态转到OFF状态或从OFF状态转到ON状态时，所述前一个信号输出转换成后一个信号输出，利用移位平均后一个信号输出监测电池部分的连接状态。