用于监测电池的剩余使用寿命的方法技术

本发明专利技术涉及一种监测用于使自动化技术中的现场设备（２）运行的电池（４０）的剩余使用寿命的方法，其中，测定电池（４０）的实际功率消耗，其中，在第一寿命阶段（ＬＰ１）期间，将在现场设备（２）的运行中所测定的电池（４０）的功率消耗与预先给定的阈值进行比较，其中，在超过预先给定的阈值的情况下，在第二寿命阶段（ＬＰ２）期间，以预先给定的时间间隔（ｔｖ）给电池（４０）加载限定的负载峰值（ＬＳ），其中，检测与限定的负载峰值（ＬＳ）相应的电压骤降，以及其中，当电压骤降达到预先给定的最大极限值时，产生报警信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于监测在自动化技术中用于使现场设备运行的电池的剩余使 用寿命的方法。
技术介绍
在过程自动化
中经常使用现场设备，这些现场设备用于采集和/或者 影响过程量。用于采集过程量的是传感器，例如像料位测量设备、流量测量设备、压力和 温度测量设备、PH氧化还原电位测量设备、电导率测量设备等，这些传感器采集相应的过 程变量料位、流量、压力、温度、PH值或电导率。用于影响过程量的是执行器，例如像阀 门或者泵，通过这些执行器可以改变管道段内液体的流量或容器内的料位。原则上，过程 附近使用的和提供或者处理对过程至关重要的信息的所有设备都称为现场设备。除了先 前所提及的传感器和执行器外，如下这种单元普遍也被称为现场设备，这些单元直接与现 场总线连接并且用于与上级单元通信，例如像Remote 1/0(远程I/O)、Gateway (网关)、 Linking Device (链接设备)和Wireless Adapter (无线适配器)。大量的这种现场设备 由Endress+Hauser集团制造和销售。在现代化的工业设备中，现场设备一般通过总线系统(ftOfibus 、Foundation FieldbUS、HART :等)与上级单元连接。正常情况下，上级单元是引导系统或控制单元，例 如像SPS (存储器可编程控制系统)或者PLC(可编程逻辑控制器)。上级单元此外用于过 程控制、过程可视化、过程监测以及用于调试运行现场设备。由现场设备，特别是由传感器 采集的测量值通过所连接的总线系统传送到一个上级单元或者需要时也传送到多个上级 单元。此外，也需要从上级单元通过总线系统向现场设备进行数据传输；这种数据传输特别 是用于对现场设备进行配置和参数设定或者用于诊断目的。普遍来说，现场设备通过总线 系统由上级单元来操作。除了现场设备与上级单元之间的有线连接的数据传输之外，也存在无线的 (wireless)数据传输的可能性。特别是在总线系统ftOfibus 、Foundation Fieldbus 和HART’ 中，详细说明了通过无线电的无线数据传输。此外，用于传感器的无线网络在标 准IEEE 802. 15. 4中作了详细说明。为了实现无线数据传输，更新型的现场设备，特别是传 感器和执行器，部分构成为无线电现场设备。这些无线电现场设备一般具有作为集成组成 部分的无线电单元和电源。在此，无线电单元和电源可以设置在现场设备自身内或者设置 在与现场设备持久连接的无线电模块内。通过电源可以实现现场设备的自供电。此外，存在如下可能性，即，不带有无线电单元的现场设备(也就是安装的基础) 通过与各一个具有无线电单元的无线适配器连接扩充成无线电现场设备。相应的无线适配 器例如在文献WO 2005/103851A1中有所介绍。无线适配器一般与现场设备的现场总线通 信接口以可松开的方式连接。现场设备可以通过现场总线通信接口将有待通过总线系统传 送的数据发送到无线适配器上，该无线适配器然后通过无线电将这些数据传送到目的地。 反过来，无线适配器可以通过无线电接收数据并通过现场总线通信接口继续传递到现场设备。对现场设备的电功率的供应于是一般通过无线适配器的供电单元来实现。在自供电的无线电现场设备和无线适配器中，例如与上级单元的通信一般通过无 线电现场设备的或者无线适配器的无线接口来展开。附加地，这种无线电现场设备或无线 适配器一般具有有线连接的通信接口。例如在HART⑥标准中，无线电现场设备除了无线接 口之外，还必须具有有线连接的通信接口。通过这种有线连接的通信接口，可以通过服务 和/或者操作单元，例如像与有线连接的通信接口连接的手持通信器，例如在现场对无线 电现场设备或无线适配器进行配置。此外，有线连接的通信接口可以构成为现场总线通信 接口，从而展开关于这方面的符合总线系统，例如像符合标准化的总线系统ftOfibus 、 Foundation Fieldbus或者HART 之一的通信。通过这种现场总线通信接口，无线电现 场设备或无线适配器也可以与相应的有线连接的现场总线连接。无线适配器或者无线电现 场设备的供电单元或电源通常是电池。电池的充电状态在现有技术中通过借助于库仑计数 器(Coulomb-Zahler )来实施的消耗测量来确定。相应的方法例如在US-PS 4，488，440中 有所介绍。公知的还有，为了监测电池而进行所谓的End-of-life (寿命终止)(EOL)检测。 相应的部件可在市场上购买。从消耗测量中确定电池的剩余使用寿命的缺点是不精确性相对高。这一点特别是 当电池的充电状态在开始使用时就未准确已知时是这种情况，例如在先前已经使用过的电 池的情况下或者由于不同的充电状态(不同的充电状态即使在未使用的电池中也出现)， 出现问题。EOL检测的问题在于，在具有平整的特性曲线(U/t)的电池中不能可靠地预知剩 余使用寿命。此外，通过EOL检测附加地增加了电池的负载。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，能够可靠地确定用于在自动化技术中向自供电的现场设备或 者无线电适配器供应能量的电池的剩余使用寿命。该目的通过如下方式得以实现，S卩，测定电池的实际功率消耗；在第一寿命阶段 期间，将电池的在现场设备的运行中所测定的功率消耗与预先给定的阈值进行比较(库仑 法)；在超过预先给定的阈值的情况下，在第二寿命阶段期间，以预先给定的时间间隔给电 池加载限定的负载峰值(寿命终止法/EOL法)；检测与限定的负载峰值相应的电压骤降 (Spannungseinbruch)；以及当电压骤降达到预先给定的最大极限值时，产生报警信号。由 此，用户有足够的时间来更换电池。因此，既使用消耗计算，也使用EOL检测。在这种情况 下，自动考虑外界的影响，例如像对电池的使用寿命具有反作用的温度影响。因为只有在超 过限定的消耗阈时才使用EOL检测，所以电池的附加负载得以明显减少。基于本专利技术可以 实现的是，能够及时并且有计划地更换电池。因此，电池供电的现场设备的可靠运行任何 时候都得以确保。优选地，结合本专利技术，使用锂电池。锂电池的突出之处在于，在这里电压 在放电期间保持相对恒定。典型地，放电曲线近似矩形。因此，利用库仑量测法(Coulomb Counting Methode) 一点也不能说明电池的放电状态。利用库仑量测法也几乎不可能任何 时候都可靠地预知电池以后可供支配的容量并因此几乎不可能任何时候都可靠地预知其 使用寿命(-> Lifetime htimation (寿命估计))，这一点由于环境条件例如温度可能会 非常迅速地改变而变得困难。依据本专利技术，库仑法用于通过电压监测借助于有针对性的电压峰值或电流冲量来 测定用于End of Life法(寿命终止法)的正确时间点。反过来，End of Life法可以用于 检验库仑法的寿命估计。在不可预计的温度骤降的情况下，寿命估计首先不再产生可靠的 数值，现在施加限定的负载峰值，这样可以检查电池针对相应的温度范围是否还具有足够 的容量或者继续运行是否受到威胁。在所提及的后一种情况下向用户发出信号。优选地， 用于从第一方法向第二方法转换的阈值处于一半电池电荷上。不言而喻，阈值也可以高于 或者低于该数值。依据本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．用于监测电池（４０）的剩余使用寿命的方法，所述电池用于使自动化技术中的现场设备（２）运行，其特征在于，测定所述电池（４０）的实际功率消耗，在第一寿命阶段（ＬＰ１）期间，将在所述现场设备（２）的运行中所测定的所述电池（４０）的功率消耗与预先给定的阈值进行比较，在超过所述预先给定的阈值的情况下，在第二寿命阶段（ＬＰ２）期间，以预先给定的时间间隔（ｔｖ）向所述电池（４０）加载限定的负载峰值（ＬＳ），检测与所述限定的负载峰值（ＬＳ）相应的电压骤降，以及当所述电压骤降达到预先给定的最大极限值时，产生报警信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：英戈·莱布勒，
申请(专利权)人：恩德莱斯和豪瑟尔过程解决方案股份公司，
类型：发明
国别省市：CH