[发明专利]用于估计电池老化的方法

说明书

本发明涉及测试装置和方法的领域。

具体地，本发明涉及一种用于诊断电池老化的方法。

背景技术

确定电池老化的问题具有许多应用，特别是在安装在卫星上的电池的情况下。在这样的情况下，当提到确定卫星寿命结束时，知道电池状态是至关紧要的。在缺乏关于电池老化状态的准确知识的情况下，卫星被过早地停用，从而产生显著的运营损失。

图1示出了根据电池老化的电池行为，在横坐标上显示电池的放电深度(电池的最大充电和最小充电之间的间隔)，以及在纵坐标上显示跨电池端子的电压。正如可以在图1中看到，对于寿命开始时的电池而言(曲线1)，可用的放电深度是最大的，并且当存在电压的快速下降时，由电池提供的电压曲线基本是平的，直到几乎达到最大放电深度为止。对于寿命结束时的电池而言(曲线2)，情形是一样的，即正常操作中稍微更低的电池电压处的稳定时期(plateau)和在放电深度附近的电压快速下降。

在该曲线图上的两个前述曲线之间找到与任何老化的电池相对应的曲线3(图1中用虚线表示)。对于在电池使用开始时的稳定时期上观测的电压的简单测量(曲线的左手部分)不足以准确地表征电池老化。这因而导致关于电池电压快速下降时间的大量不确定性。

用于确定电池老化的常规方法包括电池内部电阻的测量和电池容量损失的测量(放电深度的下降)。容量测量是基于恒定电流时的电池的完全放电的。

因此，这些容量参数和内部电阻不易受例如卫星上安装的嵌入式设备的影响。此外，卫星上的电池的完全放电将导致卫星的损耗，并且因此该解决方案不是可考虑的。

此外，用于适合嵌入式设备的电池老化诊断方法是已知的。

专利申请US 2012/0019253 A1“Method for determining an aging condition of a battery cell by means of impedance spectroscopy”描述了基于实际电池的低频阻抗和作为电池寿命结束时电池特征的阈值阻抗之间的比较的诊断方法。

在此，当电池经历包括可变频率的正弦变化的电流注入时，通过测量电池的电压来执行电池的低频阻抗测量(阻抗谱方法)。

该方法适用于各种类型的电池：锂离子电池、锂聚合物电池、镍镉电池、镍氢电池等。

类似地，公开“Impedance Noise Identification for State-of-Health Prognostic”(INL/CON-08-14101，43^rd Power Sources Conference,2008年7月)描述了一种使用电池阻抗测量的老化诊断方法，其基于注入到电池中的随机电流(白噪声和粉红噪声)。随后该方法使用FET(快速傅里叶变换)处理来确定电池的阻抗。再次，所测量的阻抗与参考值相比较。

在该领域中，已知文件EP 1 892 536 A1，其涉及例如尤其在机动交通工具中使用的铅蓄类型的电池的老化分析。该文件描述了一种用于利用测量来计算阻抗谱的系统，其中，该测量是在点火脉冲(可靠的且需要再现的高频脉冲)期间执行的，并且如有必要是利用致力于该效果的可控充电、通过测试脉冲来完成的。该文件提及了仅利用一个点火脉冲作为数据源的模型的限制，并且介绍了旨在利用测试脉冲进行测量的可控充电。这些测试充电可以是交通工具的标准电设备的一部分，但是它们在老化测量时被驱动以产生脉冲。因此，测量发生在点火脉冲时或测试脉冲期间。

还已知专利文件US 4,678,998，其也涉及对机动交通工具的铅酸电池的老化的准确测量。该文件提及连接到电池的各种负载将产生在电池上具有不同电压和电流的频率分量。该文件描述了一种装置，其中，跨机动交通工具电池的端子的电压和电压被持续测量，并且在与连接到电池的负载相关联的各种频率处计算阻抗测量。最后，该系统针对与负载工作相关联的每个频率而将其测量结果与预先存储的曲线进行比较。

已知另一文件EP 2 375 487，其涉及一种利用注入到电池中的序列(M-序列)来识别表示电池老化的模型。这在文中是显而易见的，特别是§10.D3描述了选择阻抗演变模型的步骤并且提及了ARX模型作为示例。

发明内容

首先，本发明涉及一种用于估计对电力系统进行供电的电池的老化的方法，其特征在于，包括以下步骤：

100-响应于电池的正常工作期间由电力系统的消耗率改变所引起的电流扰动，存储关于跨电池端子的电压和电流的一组数据；