[发明专利]用于给自激系统的存储元件充电的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种从发电机给包括电子元件的自激系统的功率存储元件 充电的方法，包括根据温度将提供给存储元件的功率限定为充电调整点功 率。

背景技术

自激系统必须既提供高的服务质量(持久的功率供应)，又提供高可靠 性。在长期缺乏资源的情况下，服务质量要求一旦功率是可获得的，就将电 池充电到最大程度，以确保最大的独立性。

而对于可靠性来说，当周围环境温度高时，最好限制充电功率以使得能 够限制元件的内部温度。事实上有源或无源元件确实代表主要的故障来源而 且元件的寿命依赖于它们的温度。温度越高，(有源或无源)元件的寿命越 短。元件的温度取决于自激系统周围环境的温度，且取决于耗散一部分充电 功率而产生的温度升高。还优选限制大的温度变化。这些变化主要起源于大 电流峰值或变化，但也起源于循环的热变化和热冲击。此外，限制充电和放 电电流能够避免附加的热影响。

目前大多数自激系统使用降低额定值。该技术在于根据温度限制最大允 许功率，从阈值温度θs，如图1中说明的。在描述的实例中，最大输入功率 Pe是恒定的，直到阈值温度θs，然后当温度超过这个阈值温度时，线性降 低。在一个白天内由发电机提供的功率(虚线的曲线D)、可利用功率(实 线的曲线B)，以及电池中积累的能量(E，阴影线)的通常进展在图2中图 示说明。以这种方式，限制高温时的功率，防止系统元件的直接毁坏，并确 保最小服务。

然而，由降低额定值提供的热保护是有限的。首先，降低额定值集中在 最大温度，然而低于这个阈值温度，元件的可靠性波动很大。可靠性由故障 之间的平均时间(MTBF)图示表示，并且可靠性取决于温度。例如功率晶 体管的结点温度升高18℃会使MTBF减半。其次，降低额定值没有限制热 冲击和循环热变化。这两点对可靠性有很大影响。例如，结点温度波动每升 高15℃就会将MTBF减半。

电流密度对系统可靠性也有显著的影响，在已有技术中，没有限制电流， 只要它没有导致大的温度升高。

然而，作为一个整体，降低额定值没有使系统的可靠性提高。实际上， 在图2中说明的技术没有抑制存储元件端子处的功率峰值，从而没有限制充 电电流峰值。从而这种操作模式不能在稳定且尽可能低的温度下操作。

为了提高系统的可靠性，需要考虑的另一个重要因素是电池的操作温 度。

电池，如果它们在恶劣的热条件下使用，则无论它们的技术如何，都会 发现它们的寿命缩短。低温操作引起电极/电解质界面的化学和电化学反应的 动力学速度减慢。当冷条件时，必须限制充电和放电电流，以使电解质中离 子物质的转移及其在电极活性部分的扩散在动力学上减缓。充电和放电电流 的减少使得电化学反应正好通过活性材料的中心发生。在相反的情况中，反 应主要发生在孔隙的表面，后者被反应副产品阻塞，削减电解质中的离子的 进展。由此引起的现象导致元件容量的不可逆损失(例如锂离子电池的活性 部位阻塞)，和/或电池寿命缩短(例如镍金属混合电池的电解质消耗)。

在高温下充电到较高状态的操作加速二次或不可逆反应的动力学形成 速度，其中二次或不可逆反应主要发生在充电的中间或结束(例如Ni-MH 电池的水电解，锂离子电池阳极活性材料的结构改变)。出于这些原因，根 据温度频繁地调节充电结束的电压。除此之外，在周围环境温度下不可避免 但微弱的化学降解现象在高温下也被放大。

某些目前的充电调节器仅当测量参数落在规范之外时，才将电池从它的 电源和/或它的负载断开。而且大量调节器根据温度升高或降低电压调节阈 值。从而这些系统能够通过限制操作温度和电压剧变来避免电池的直接损 坏。然而，由调节器提供的保护是有限的，因为它只不过是在最高温度时执 行断开，可是即使在这个极限以下，电池寿命变化也很大。

发明内容

本发明的目的在于缓和上述缺陷，尤其在于提高存储系统的可靠性，且 不降低服务质量。

根据本发明，通过以下事实来获得该目的，该方法包括：

-估计一个时间期间，在该期间内发电机可获得的能源大于预设的阈值， 直到一个预设的时刻，

-估计直到所述时刻的温度进展，

-根据温度进展以及取决于温度的系统可靠性的数据表示估计直到所述 时刻的最大可利用功率(P_MAX)，