专利名称：用于使用连接到电池的单机系统的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于使用包括连接到电池的致动器的单机系统的方法。
背景技术：
能源节约和朝向可再生能源的趋势涉及(具体地，在充电和放电处理期间)使用电池的新方式上的发展。无法将用于充电和放电处理的当前控制系统适于来自可再生能源的约束。在大多数现有的单机系统中，通过调节器来控制用于电池的放电处理。此调节器 的主要目标在于，防止电池被深度放电，其可以导致该电池不可逆的物理劣化。美国专利4，952，862描述了一种用于对用于使用电池的剩余时间进行实时地预测的方法。此方法使用以规律间隔做出的、对于电压和流动经过电池的电流的强度的测量，以用于确定在电池停止以前的剩余时间。此方法使得能够根据他/她使用电池的方式来向用户通知剩余时间自主性。这无法使得能够对电池的操作时间进行优化。文献FR-2714772描述了一种用于装置的供应电池。该电池包括正极端子、负极端子和通用端子。通用端子使得该装置能够控制电池。
发明内容
本发明的目的在于，从单机系统自身来对该系统的电池的使用进行优化，同时当自主性变低时通知用户。通过所附的权利要求，且具体地，通过以下事实来达成这个目标，该事实即，在该电池的放电阶段期间，该方法至少包括一个用于该系统的正常操作模式和一个用于该系统的劣化操作模式，该方法包括以下步骤-测量表现出电池温度的温度，-确定取决于所测量的温度的第一电压阈值，-测量电池端子处的电压，-确定操作模式，当所测量的电压高于该第一电压阈值时，所述单机系统处于正常操作模式中，而当所测量的电压低于所述第一电压阈值时，所述单机系统处于劣化操作模式中，当从该正常模式转到劣化模式时，在致动期间由电池所提供的电流被减少。根据改进，当没有对该致动器进行致动时，实行该电池端子处的电压测量。根据改进，该方法包括与第二电压阈值相关联的临界操作模式，该第二电压阈值根据该温度，并且低于该第一电压阈值，当所测量的电压包括在该第一电压阈值与该第二电压阈值之间时，该单机系统处于该劣化操作模式中，而当所测量的电压低于该第二电压阈值时，该单机系统处于临界模式中，当从劣化模式转到该临界模式时，由电池所提供的电流被减少。
根据作为非限制性示例而给出的并且在附图中表现的本发明的具体实施例的以下描述，其他优点和特征将更加清楚地显现，在附图中图I图示了根据本发明的方法所使用的系统的框图。图2图不了温度与第一电压阈值之间的对应关系表格。
图3图示了表现出在-10°C的温度处该系统的可能致动的次数的曲线。图4图示了表现出当该系统经历连续致动时、在0°C的温度处、电池端子处的电压的演变的曲线。图5图示了表现出当该系统经历连续致动时、在25°C的温度处、电池端子处的电压的演变的曲线。图6图示了表现出当该系统经历连续致动时、在55°C的温度处、电池端子处的电压的演变的曲线。图7图示了表现出在恒定电流的情况下、根据温度的致动的次数的曲线。图8图示了在没有控制操作模式的情况下、根据致动的次数的、电池端子处的电压的演变。图9图示了根据本发明的、当控制操作模式时、根据致动的次数的、电池端子处的电压的演变。图10图示了用于两个恒定电流值的、根据所仿真的年数的、电池的可能致动的次数。图11图示了在正常模式中、在25°C的温度处、电池端子处的电压的时间变化。图12图示了用于控制用于电池的放电处理的操作图。图13图示了在操作模式中改变的滞后现象。
具体实施例方式可以将单机系统描述为按照独立的方式来控制自身的系统。根据图I所图示的具体实施例的示例，单机系统可以包括致动器2(诸如，电动机)，连接到电池I以用于其供应。电池I可以连接到可再生能源发生器3，以便进行再充电。在用于电池I的放电阶段期间，单机系统可以至少包括一个正常操作模式Mn和一个劣化操作模式Md。优选地，电流是由该系统所施加的。在正常模式Mn中由电池向致动器提供的电流可以对应于电池的额定电流。以损害单机系统的性能为代价，劣化模式Md允许该单机系统的更佳自主性，为此，电池I所输出的电流的强度在正常模式Mn中比在劣化模式Md中更高。然后，该方法包括以下步骤-测量表现出电池I的温度的温度Tb，-确定取决于所测量的温度Tb的第一电压阈值V1,-优选地，当没有对致动器2进行致动时，测量电池端子处的电压Vb，以便使得该电压Vb稳定，-确定操作模式，当所测量的电压Vb高于第一电压阈值V1时，所述单机系统处于正常操作模式Mn中，而当所测量的电压Vb低于所述第一电压阈值V1时，所述单机系统处于劣化操作模式Md中，当从正常模式Mn转到劣化模式Md时，在致动期间由电池提供的电流被减少。优选地，电流下降非常显著，从而增加了该系统的自主性。作为示例，当从正常模式Mn转到劣化模式Md时，在致动期间由电池提供的电流减少至少20%。可以通过布置在电池中或者附近的温度传感器4来实行表现出电池的温度Tb的测量。可以依据以下表格来实行第一电压阈值V1的确定,该表格对于多个温度值或温度范围而包括第一相关联电压阈值V1的值。可以依据用于给定单机系统的标准电池来拟定该表格。当然，本领域技术人员可以适用用于允许对于所测量的电池的温度Tb来获得第一电压阈值V1的任何方法。可以根据在每种模式中期望致动的次数，依据标准电池来建立此第一电压阈值 V电池的温度Tb的测量使得能够考虑到温度对于该电池的提前老化的影响。在低温度处，电池的内部阻抗增加，并且载流子的移动性降低，这降低了恒定电流处的放电电压，并且限制了该电池可以提供的总电流。相反地，在高温度处，劣化寄生反应是有利的。换言之，根据温度的电池的行为非常不同。例如，在图3到图6中图示了此行为。图3表现出当电动机在-10°C的电池温度Tb处经历连续致动时、电池端子处的电压的时间演变。当不存在致动时，该曲线的每个峰值都具有与电池端子处的电压的值对应的高值，而在致动期间，该曲线的每个峰值都具有与电池端子处的电压对应的低值。用于获得此图形的致动对应于镍氢(NiMh)电池在30秒期间所提供的2A的恒定电流，该NiMh电池包含具有2. IAh的容量和I. 2V的额定电压的蓄电池。在致动期间，如果电池端子处的电压达到在图3到6中的
I.IV的操作电压阈值丨，则将该电池认为被完全放电，并然后必须进行再充电。在-10°c的温度处，该电池使得能够在被认为被放电之前，仅仅实行六次致动(峰值的数目)。在图4到6中，表现出与图3中相同的曲线，但是令电池温度分别等于(TC、25°C和55°C。根据此图形，以下情况清楚地显现，即温度增加得越多，在电池全部放电之前可能致动的次数增加得越多。实际上，可能在0°C (图4)处计数到64次致动，并且在25°C (图5)处计数到97次致动。同样清楚明显的是，如在图6中一样，当电池的温度变得过高时，该趋势反转，在图6中，在电池的完全放电之前，仅仅计数到71次致动。这得到以下测试综合的确认，该测试综合在图7中通过在电池根据温度而停止之前、该电池的可能致动次数的演变所表现，曲线从-10°C—直到近似20°C都在增加，然后它变为降低。然后，可以根据所测量的温度Tb来给出用于确定单机系统的操作模式的第一电压阈值％。电池I要提供的电流的强度上的减少允许电动机的致动次数的优化，并因而允许单机系统的自主性的优化。作为示例，已经制作出了以下电池，该电池包括10个与用于定义阈值的蓄电池一致的蓄电池。此外，它连接到致动器，该致动器的消耗不同于在测试期间使用的那一个消耗。因而，在正常模式Md中，可以将电池I所输出的电流限制为2A的电流，然后在劣化模式中，限制为IA的电流。可以在图8和9中看出此优化。图8表现出在25°C处、用于在全部放电以前的一连串致动的、电池端子处的电压的时间演变。图9表现出相同的事物，其中区别之处在于在时刻tl处存在模式上的改变，其具有流动经过电池的电流的50%下降(从2A到1A)。当比较图8中和图9中的曲线时，以下情况清楚地显现，即单机系统的自主性得到改善。
结果，根据温度和所测量的电压的单机系统的操作处理的划分允许相当大地增加操作时间。这种增加对于单机系统是至关紧要的，这是因为它们无法访问到不间断的电源。实际上，电池再充电通常取决于可再生能源，诸如，光伏板、风力电动机或水轮机。这些能量源是可变且间歇的，使得电池再充电不总是可能的。结果，变得重要的是，推迟单机系统被切断的时刻，以便增加用于电池I的再充电可能性。此外，模式上的这种改变使得能够向用户示出电池放电已经开始，并且应该限制电池的使用。实际上，电流变化使得能够观察到单机系统的行为正在改变。为了能够对电池I进行再充电，操作电压阈值Vf可以高于由电池的制造商推荐的最小电压值。当然，操作电压阈值低 于第一阈值'。在操作电压阈值Vf与制造商所推荐的最小值之间，单机系统仅仅提供电池再充电的控制，因而针对充电器(未表现出)保留了剩余容量，该充电器形成可再生能量源3与电池I之间接口。此外，从长远来说，在电池I的操作阶段期间、用于该电池I的电流强度的限制可以对于它的自主性具有有益效果。图10表现出根据所仿真的年的、当完全再充电时、电池的致动的次数的演变。顶部曲线表现出在2. IA处实行的致动的次数，而底部曲线表现出在4. 2A处实行的致动的次数。在数年中，2. IA处的曲线关于致动的次数保持相对恒定，而4. 2A处的曲线经受恒定降低。这种降低是由于当放电实行得过快时、在电池中生成的劣化寄生反应。尤其是在从正常模式Mn转到限制了电池所提供的电流的劣化模式Md的、放电的结束处，该寄生反应使得电池劣化，它使得能够降低电池的物理劣化，并因而能够在数年的使用中提供更好的自主性。换言之，除了保持自主性上的增加之外，当从正常模式转到劣化模式时、电流上的减少还将允许改善电池的寿命。根据改善，此外，该方法包括临界操作模式Mc，该临界操作模式Mc与第二电压阈值V2相关联,该第二电压阈值V2是电池的温度Tb的函数并且低于第一电压阈值Vltj然后，对于给定温度或给定温度范围，图2中的表格可以具有表现出第二电压阈值V2的附加输入。因而，当所测量的电压包括在第一电压阈值V1与第二电压阈值V2之间时，单机系统处于劣化操作模式Md中，而当所测量的电压低于第二阈值时，单机系统处于临界模式中。按照与当从正常模式Mn转到劣化模式Md时相同的方式，当从劣化模式Md转到临界模式Mc时减少由电池提供的电流，从而增加单机系统的自主性。优选地，电流上的这种减少至少为20%。在图9中，在时刻t2处图示了转到临界模式。图11图示了在正常模式中25°C的温度处的电池的操作。此曲线使得能够确定第一和第二阈值％、V2。在正常模式中，该电池允许98次致动。为了确定阈值,考虑到正常模式Mn需要80次致动，劣化模式Md需要12次致动，而临界模式需要6次致动。在图11中，电压峰值的顶点表现出在两次致动之间(即，当没有致动时)、处于休止的电池的电压。然后，在第八十次致动之后，当没有执行致动时，测量第一阈值V1，并且在第九十二次致动之后，当没有执行致动时，测量第二阈值V2。因而，第一电压阈值V1为I. 27V，而第二电压阈值V2为I. 22V。其后，优选地，在两次致动之间，将通过电池I的端子处的电压Vb的测量来确定从一种模式转到另一模式。当然，根据应用，可能根据在每种操作模式中期望致动的次数来确定阈值。如果与操作电压阈值Vf组合地使用第二电压阈值V2,则此阈值低于第二电压阈值V2，并且高于由制造商提供的值。因而，在所述操作电压阈值Vf之下，单机系统仅仅提供电池再充电的控制。根据替换实施例，该方法包括温度的最小值Tmin，在该最小值Tmin之下，禁止单机系统的使用。根据(可能地与先前实施例组合的)另一替换实施例，该方法包括温度的最大值Tmax,在该最大值Tmax之上,禁止单机系统的使用。可以通过图12来归纳系统的控制的具体示例，所述控制包括改善、以及集成了最大操作温度值Tmax和最小操作温度值Tmin的变体。在图12中，根据温度来表现电压，并且通过阴影部分来分别表现正常、劣化和临界操作模式Mn、Md和Me。当考虑到各种变体和实施例时，一旦温度低于最小温度阈值Tmin、高于温度阈值Tmax,或者如果所测量的电压Vb低于操作电压阈值Vf，则单机系统不再活动。在0°C之下，单机系统仅仅能够在劣化模式Md或临界模式Mc中起作用。实际上，在正常模式Mn中，电池将被过快地放电(参见图3)。在(TC之下，如果电池电压高于第二电压阈值V2 (T〈0)，则操作模式然后是劣化模式Md，否则 单机系统在临界模式Mc中起作用。对于正温度,第一电压阈值对应于V1 (Tch55),而第二电压阈值对应于V2 (T0^55)o当温度条件极端时，对于正温度以及对于负温度，可以能够在高于温度Tmin的最小临界温度Tminc之下，并且在低于温度Tmax的最大临界温度Tmaxc之上，强制操作模式进入临界模式Me。在图12中，Tmaxc等于55°C。当然，本领域技术人员将能够根据单机系统的使用和类型来适用各种阈值。如先前所解释的，温度可以导致电压上的变化。因而，当电池处于与模式上的改变接近的状态中时，温度上的变化可以使得电压振荡在与模式上的改变相关联的阈值之上和之下。这也可以当在两次致动之间的电流波动或电池的松弛阶段期间出现。为了防止此现象招致该系统控制上的不稳定性和操作模式上过于频繁的改变，可能定义用于从一种模式转到另一种模式的电压迟滞。在图13中图示了这种迟滞。因而，在图13中，在所测量的电压Vnd处实行从正常模式Mn转到劣化模式Md，在高于电压Vnd的电压Vdn处实行从劣化模式Md转到正常模式Mn。在低于电压Vnd的电压Vde处实行从劣化模式Md转到临界模式Mc，并且在包括于电压Vnd与Vdn之间的或包括于电压Vd。与Vnd之间的电压Vcd处实行从临界模式Mc转到劣化模式Md。当电压已经达到最小操作电压Vf时，阻止单机系统的致动器，并且当电压变得再次高于或等于电压Vd。时，解琐该单机系统的致动器。给出迟滞的电压值，以便保证各种模式中的充分稳定性，并因而保证用于用户的可靠操作。当电池的温度为负(仅仅授权两种操作模式)时，对于具有仅仅一个阈值的改变来实行相似的迟滞。可以通过提供有存储器的控制器以及使得能够处理各种数据并实现该方法的变体和实施例的处理器，来控制该方法。可以将用于该方法的上述控制原则应用于各种系统，以用于不同的目标。例如，在诸如LED的面板之类的照明系统的情况下，由LED生成的光流与流动经过所述LED的电流成比例。如果我们期望通过将光强度降低20%来向用户示出电池几乎放电完毕，则必须将电流降低20%。在此情况下，从正常模式转到劣化模式将导致在电池的放电电流上20%的减少。如果将照明系统集成到膝上型计算机中，并且如果我们期望向用户示出电池的电量低，则这么做的最佳方式是降低屏幕照明系统的强度。对于高端PC，用于该系统的功耗大约是250W，而用于屏幕的功耗大约是25W。因而，减少用于LED的功率供应的20%将最多导致用于屏幕的功耗下降5W。这5W仅仅表现出用于所有系统的功耗的2%。在此情况下，因而，从正常模式转到劣化模式将导致在电池的放电电流上2%的减少。应该注意到，在此示例中，可能无法在不妨碍该系统运行的情况下将用于该系统的功耗降低20%。在单机房屋关闭器的情况下，与各种模式有关的所主要期望的是通知用户。实际上，因为它的设计和它的损耗的特性(干摩擦)，所以用于关闭器电动机的功率供应上的减少不会导致用于移动它所必须的能量上的重大降低。因而，在劣化模式中电流的定义与某些数目的使用约束相关必须的是，关闭器充分缓慢地移动，使得用户觉察到电池工作在不良条件下的事实，同时令人满意地起作用。在实践中，时间可以被增至双倍或三倍。为了取得这个结果，可以将控制电流的值降低20至40%。根据与用于供应电动车辆的电池相关的最后示例，我们可以期望减少该系统的功耗，以便增加自主性并允许用户到达再充电站。然而，在不减损用户的安全性(例如，在高速 公路上的、车辆的加速能力和最大速度)的情况下，不可能如我们想要的那样降低向电动机提供的功率。因而，可以向该系统提供的最小功率将仅仅取决于物理需求(用于达到最小速度所需的功率)，而与其额定功率无关。因而，对于以90km/h (公里每小时)而进行转动(通过考虑到它表现出用于在高速公路上安全地进行转动的最小速度)，大约15kW (千瓦)的功率是必须的。如果车辆的额定功率是45kW，则因而可以将电流降低近似67%，但是如果它是30kW，则它仅仅能够下降50%。
权利要求
1.一种用于使用单机系统的方法，该单机系统包括致动器(2)，该致动器(2)连接到电池(1)，其特征在于，在电池(I)的放电阶段期间，该方法至少包括一个用于该系统的正常操作模式(Mn)和一个用于该系统的劣化操作模式(Md)，该方法包括以下步骤 -测量表现出该电池的温度的温度(Tb )， -确定取决于所测量的温度(Tb)的第一电压阈值(V1), -测量电池端子处的电压(Vb)， -确定操作模式(Mn、Md)，当所测量的电压(Vb)高于该第一电压阈值(V1)时，所述单机系统处于该正常操作模式(Mn)中，而当所测量的电压(Vb)低于该第一电压阈值(V1)时，所述单机系统处于该劣化操作模式(Md)中，当从该正常模式(Mn)转到劣化模式(Md)时，在致动期间由电池(I)所提供的电流被减少。
2.根据权利要求I的方法，其特征在于，当没有对该致动器(2)进行致动时，实行该测量该电池(I)的端子处的电压(Vb)的步骤。
3.根据权利要求I和2中任一项的方法,其特征在于,它包括与第二电压阈值(V2)相关联的临界操作模式(Mc)，该第二电压阈值(V2)是该温度的函数，并且低于该第一电压阈值(V1),当所测量的电压(Vb)包括在该第一电压阈值(V1)与该第二电压阈值(V2)之间时，该单机系统处于该劣化操作模式(Md)中，而当所测量的电压(Vb)低于该第二电压阈值(V2)时，该单机系统处于临界模式(Mc)中，当从劣化模式(Md)转到该临界模式(Mc)时，由电池(I)所提供的电流被减少。
4.根据权利要求2的方法，其特征在于，它包括操作电压阈值(Vf)，该操作电压阈值(Vf)高于由该电池的制造商所提供的值，并且低于该第一电压阈值(V1),在所述操作电压阈值(Vf)之下，该单机系统仅仅提供该电池(I)的再充电的控制。
5.根据权利要求3的方法，其特征在于，它包括操作电压阈值(Vf)，该操作电压阈值(Vf)高于由该电池的制造商所提供的值，并且低于该第二电压阈值(V2)，在所述操作电压阈值(Vf)之下，该单机系统仅仅提供该电池(I)的再充电的控制。
6.根据权利要求I到5中任一项的方法，其特征在于，它包括温度的最小值(Tmin)，在该温度的最小值(Tmin)之下，禁止该单机系统的使用。
7.根据权利要求I到6中任一项的方法，其特征在于，它包括温度的最大值(Tmax)，在该温度的最大值(Tmax)之上，禁止该单机系统的使用。
全文摘要
本发明涉及一种用于使用提供有连接到电池(1)的致动器(2)的单机系统的方法，该方法在于在其中以预定电流来对电池(1)进行放电的阶段期间，测量表现出该电池的温度的温度(Tb)，和确定作为所测量的温度(Tb)的函数的第一电压阈值(V1)。随后，测量电池端子处的电压(Vb)。确定至少从正常模式和恶化模式中选择的操作模式。根据本发明，当所测量的电压(Vb)在该第一电压阈值(V1)之上时，所述单机系统处于正常操作模式(Mn)中，而当所测量的电压(Vb)在该第一电压阈值(V1)之下时，所述单机系统处于恶化操作模式(Md)中，在从正常模式(Mn)到恶化模式(Md)的转变期间，在致动期间由电池(1)所供应的电流被减少。
文档编号H01M10/44GK102754270SQ201080050400
公开日2012年10月24日 申请日期2010年8月26日 优先权日2009年9月8日
发明者A.拉布鲁尼, D.布伦比伊森, P.佩里乔恩 申请人:原子能和代替能源委员会, 布本多夫公司