基于传感器数据改善电池寿命制造技术

本发明专利技术涉及一种用于控制设备(104)的供能的系统。该设备可以是需要永久供电的功率保持设备。为此，它可以可替代地在第一模式下由电源(140)供电，或者在第二模式下由电池(102)供电。该系统的至少一个传感器(110‑114；105)获取与电池相关的数据，诸如环境数据、电池的电压或电池的放电电流。基于该数据和电池的至少一个特性曲线，电池监控模块被配置为在第一模式和第二模式之间切换以改善电池的寿命。

【技术实现步骤摘要】
基于传感器数据改善电池寿命
本专利技术涉及电池寿命周期的监控，特别地而不排他地，涉及在固态电池的上下文中的电池寿命周期的监控。
技术介绍
电池或超级电容器通常用于在没有其他电源供电时为设备提供电力。特别地，即使在电源断电的情况下，诸如实时时钟(RealTimeClock，RTC)之类的功率保持设备也需要持续供电。为此，传统的备用系统集成了超级电容器或化学电池，以在任何情况下提供电力。例如，当电源的输出电压降至阈值以下时，备用电池可以用于为数据保持设备供电。措辞“功率保持设备”指嵌入关键功能的任何设备(诸如存储器或RTC)，该关键功能即使在电源关闭或有缺陷时也不应被中断。RTC用于许多应用，特别是工业自动化控制处理单元(ControlProcessingUnit,CPU)或远程终端单元(RemoteTerminalUnit，RTU)模块。一旦完全或部分放电，电池就可以通过由电源供电来充电。然而，电池的充电周期的数量是有限的，并且取决于电池技术(例如传统电池或固态电池)、放电深度和许多其他因素。此外，电池对工作条件非常敏感，并且电池寿命周期强烈依赖于这些工作条件。在10年期间，在给定的温度范围内，RTC保留时间通常可保证40天。为了实现这一点，需要延长用于对数据保持设备(诸如RTC)供电的电池的寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的是减轻上述缺点中的至少一些。本专利技术的第一方面涉及一种用于控制设备的供能的系统，包括：电池；电源；设备，由电池或电源交替供电；至少一个传感器，被配置用于感测与电池相关的数据；电池监控模块，可操作地耦合到开关，并被配置为至少基于数据和至少一个预定义曲线来控制开关，以在由电源对负载和电池供电的第一模式和由电池对设备供电的第二模式之间切换，所述预定义曲线是电池的特性曲线。因此，电池监控模块使得能够在第一模式和第二模式之间交替以改善电池寿命，因为考虑了电池的特性曲线和由传感器获取的环境数据。根据一些实施例，至少一个传感器可以包括以下各项当中的一个或几个：-温度传感器，被布置用于感测电池的温度；-湿度传感器，被布置用于感测电池的环境的湿度比，-压力传感器，被布置用于感测电池的环境的压力；-振动传感器，被布置用于感测电池周围的振动；和-分流器和电流计，被布置用于确定施加到电池的负载值。因此，传感器所获取的数据是影响电池的工作和寿命的数据。根据一些实施例，至少一个预定义曲线可以表示针对几个温度值的、取决于电池的放电的电池的电压，并且至少一个传感器可以包括温度传感器，该温度传感器被布置用于感测电池的温度。因此，电池的放电可以由电池监控模块针对不同的温度条件来管理。可替代地或作为补充，至少一个预定义曲线可以表示针对几个负载值的、取决于电池的放电的电池的电压，并且至少一个传感器可以包括分流器和电流计，该分流器和电流计被布置用于测量施加到电池的负载值。因此，电池的放电可以由电池监控模块针对不同的负载条件来管理。可替代地或作为补充，电池监控模块可以基于至少一个预定义曲线和基于最大放电速度来确定电池的最小电压值，并且当处于第二模式时，如果电池的电压达到最小电压值，则电池监控模块切换到第一模式。因此，电池监控模块确保电池的放电速度保持在最大放电速度以下，从而改善电池的寿命。可替代地或作为补充，电池监控模块可以在电流过载的情况下控制减载(load-shedding)系统。特别地，当电池负责给除设备之外的装备供电时，其他装备中的一些装备可以从供电电池释放和断连，使得能够不间断地给设备供电。根据一些实施例，开关可以具有可控转换速率，并且开关的转换速率可以低于预定义值。可控转换速率使得能够避免当切换到第二模式时在电池中的电流的峰值，因此延长了电池寿命。作为补充，开关的切换速度可以大于10kHz。根据一些实施例，在第一模式下，电池可以由电池和电源之间的电压调节器供电。电压调节器调节由电源输送的电压以对电池充电。根据一些实施例，该系统还可以包括在电压调节器和电池之间的电流限制器，并且电流限制器可以被配置为限制在第一模式下输送到电池的充电电流。电流限制器使得能够对电池缓慢地充电，这延长了电池的寿命。根据一些实施例，电池监控模块还可以被配置用于基于数据来控制电池的环境条件。例如，电池监控模块可以控制温度、湿度、压力，以避免电池退化，从而延长其寿命。根据一些实施例，电池监控模块可以包括计数器，计数器可以被配置为当电池监控模块切换到第一模式时启动，并且如果计数器达到预置(prefixed)计数器值，则电池监控模块可以切换到第二模式。这使得能够延长电池的寿命。根据一些实施例，至少一个特性曲线可以表示电池容量取决于充电周期的数量的变化。管理充电周期的数量使得能够延长电池的寿命。根据一些实施例，电池可以是固态电池。固态电池的平均寿命比使用液体电解质的电池长。根据一些实施例，设备可以是实时时钟。实时时钟需要永久供电，所以根据本专利技术的系统非常适合这种应用。根据一些实施例，电池监控模块还可以包括接口，该接口被配置用于增加由电源输送的电压。这使得能够在电池中储存更多的功率(power)。与之对应的是，它限制了电池的寿命周期，然而，这被本专利技术的上述技术特征所补偿。因此，即使当储存在电池中的功率超过电池的标称功率时，也可以确保在最小寿命周期(例如10年)期间的最小自治性(例如40天)。因此，该实施例使得能够以不同的RTC消耗不同的功率水平来使用相同的电池架构。本专利技术的第二方面涉及一种用于控制系统中设备的供能的方法，该系统包括由电池或电源交替供电的设备，该方法包括以下操作：-感测与电池相关的数据；-至少基于数据和至少一个预定义曲线来控制开关，以在由电源对负载和电池供电的第一模式和由电池对设备供电的第二模式之间切换，所述预定义曲线是电池的特性曲线。参考附图，在以下对多个示例性实施例的详细描述中描述了本专利技术的其他目的、方面、效果和细节。附图说明仅作为示例，将参考附图描述本公开的实施例，附图中：图1示出了根据本专利技术的一些实施例的系统；图2示出了根据本专利技术的一些实施例的系统中的电池的第一特性曲线；图3示出了根据本专利技术的一些实施例的系统中的电池的第二特性曲线；图4是示出根据本专利技术的一些实施例的系统中电池的放电电流值和基于脉冲长度的脉冲功率值的图；图5示出了在具有可控转换速率的开关的系统中和在具有非受控转换速率的开关的系统中的不同曲线；图6是示出电池容量取决于周期数量的变化的曲线；以及图7是示出根据本专利技术的一些实施例的方法的步骤或操作的流程图。具体实施方式参考图1，示出了根据本专利技术的一些实施例的系统。...

【技术保护点】
1.一种用于控制设备的供能的系统，包括：/n电池(102)；/n电源(140)；/n设备(104)，由所述电池或所述电源交替供电；/n至少一个传感器(110-114；105)，被配置用于感测与所述电池相关的数据；/n电池监控模块(101)，可操作地耦合到开关(103)，并被配置为至少基于所述数据和至少一个预定义曲线来控制开关，以在由所述电源对负载和所述电池供电的第一模式和由所述电池对所述设备供电的第二模式之间切换，所述预定义曲线是所述电池的特性曲线。/n

【技术特征摘要】
20190514 EP 19305613.21.一种用于控制设备的供能的系统，包括：
电池(102)；
电源(140)；
设备(104)，由所述电池或所述电源交替供电；
至少一个传感器(110-114；105)，被配置用于感测与所述电池相关的数据；
电池监控模块(101)，可操作地耦合到开关(103)，并被配置为至少基于所述数据和至少一个预定义曲线来控制开关，以在由所述电源对负载和所述电池供电的第一模式和由所述电池对所述设备供电的第二模式之间切换，所述预定义曲线是所述电池的特性曲线。


2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个传感器(110-114；105)包括以下各项当中的一个或几个：
-温度传感器(111)，被布置用于感测所述电池的温度；
-湿度传感器(112)，被布置用于感测所述电池的环境的湿度比，
-压力传感器(113)，被布置用于感测所述电池的环境的压力；
-振动传感器(114)，被布置用于感测所述电池周围的振动；以及
-分流器(105)和电流计，被布置用于确定施加到所述电池的负载值。


3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述至少一个预定义曲线表示针对几个温度值的、取决于电池的放电的电池的电压；
其中，所述至少一个传感器包括温度传感器(111)，所述温度传感器(111)被布置用于感测电池(102)的温度。


4.根据权利要求2或3所述的系统，其中，所述至少一个预定义曲线表示针对几个负载值的、取决于电池的放电的电池(102)的电压；并且
其中，所述至少一个传感器包括分流器(105)和电流计，所述分流器(105)和电流计被布置用于测量施加到电池的负载值。


5.根据权利要求3或4所述的系统，其中，所述电池监控模块(101)基于所述至少一个预定义曲线和基于最大放电速度来确定电池的最小电压值，并且当处于第二模式时，如果所述电池的电压达到所述最小电压值，则所述电池监控模块切换到所述第一模式。


6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：A别勒，D费里，G鲁德鲁，
申请(专利权)人：施耐德电器工业公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR