專利名稱：超電容有效壽命預(yù)測的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及電能源，并且更具體地，涉及超電容電能源的剩余操作壽命的預(yù)測。
背景技術(shù)：
作為車輛和其它功能的主要電能存儲設(shè)備的超電容具有重要性。在這些應(yīng)用中，能夠預(yù)計超電容能量存儲設(shè)備的剩余有效壽命是重要的。圖1示出了不同的電池溫度T的作為電池電壓V的函數(shù)的超電容電池的瞬時預(yù)計壽命Y(T，V)的曲線圖10，其中分別地線11對應(yīng)于15攝氏度，線12對應(yīng)于25攝氏度，線13對應(yīng)于35攝氏度，線14對應(yīng)于45攝氏度，線15對應(yīng)于55攝氏度，而線16對應(yīng)于65攝氏度。曲線圖10的線11-16可以表示為Y(V，T)＝10(aT+bV+c)[1]其中，a、b和c是常數(shù)。當(dāng)Y(T，V)用年、V用伏特而T用攝氏度表示時，那a＝-0.03333333和b＝-3.33333333和c＝10.1666666666是有效值。盡管上面的表達(dá)式對于提供多種特定電池狀況的預(yù)計壽命的快照(snapshot)是有用的，它并不基于操作歷史的累積效應(yīng)反映預(yù)計壽命，也不呈現(xiàn)時間變化的電池狀況。另外，無論是圖1還是它表示的表達(dá)式都不能定義用于在超電容的壽命內(nèi)的任何當(dāng)前中間點預(yù)報它的剩余操作壽命的方法。因此，繼續(xù)需要一種改進(jìn)的裝置和方法，用于預(yù)報超電容電源(特別是作為車輛電源的超電容電源)的剩余壽命。
因此，希望提供一種改進(jìn)的裝置和方法，用于確定超電容電源(特別是對用于車輛推進(jìn)的超電容類型)的預(yù)計使用期限。另外，希望裝置和方法是自動的，不需要車輛使用者的任何參與。更進(jìn)一步希望的是，本信息的系統(tǒng)和方法存儲關(guān)于過去車輛操作狀況的信息，這樣可以估計其累積影響。另外，結(jié)合附圖和前面的技術(shù)領(lǐng)域和背景，通過隨后的詳細(xì)說明和所附權(quán)利要求，本發(fā)明其它希望的特點和特征將變得明顯。

發(fā)明內(nèi)容
提供了一種設(shè)備，用于預(yù)計超電容在OFF周期之后經(jīng)歷至少一個ON周期的有效壽命Yproj。該設(shè)備包括耦合到超電容的傳感器，用于測量作為時間t的函數(shù)的超電容的電壓V(t)和溫度T(t)；以及一種耦合到傳感器的測量系統(tǒng)，測量系統(tǒng)接收V(t)、T(t)并至少部分基于組合在至少ON周期期間的不同t的值的瞬時超電容壽命Y(V(t)，T(t))＝10(aT+bV+c)(其中，a、b和c是常數(shù))的值來計算Yproj。在優(yōu)選的實施例中，測量系統(tǒng)包括用于存儲V(t)、T(t)和Y(V，T)的中間值的非易失存儲器、程序存儲器、臨時存儲器和用于進(jìn)行各種計算的CPU。I/O通過接口連接測量系統(tǒng)到傳感器和其它車輛系統(tǒng)。
提供了一種方法，用于利用超電容的測量的電壓V(t)和測量的溫度T(t)確定超電容的預(yù)計Yproj壽命。該方法包括存儲至少兩個時間區(qū)間ts的V、T的值并且確定至少兩個時間區(qū)間ts的超電容的瞬時壽命Y(V(t)，T(t))＝10(aT+bV+c)(其中a、b和c是常數(shù))并且組合由此得到的Y(V，T)的值來至少部分得到Y(jié)proj。在優(yōu)選的實施例中，在OFF周期的開始和結(jié)束的V(t)、T(t)的值也用于確定Yproj。最好通過對中間值的積分和或求和來得到Y(jié)proj。


結(jié)合下面的附圖，將在下文描述本發(fā)明，其中，相似的標(biāo)記表示相似的元件，以及圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的以年表示的瞬時超電容預(yù)期壽命與以伏特表示的電池電壓的關(guān)系的簡圖，以攝氏度表示的溫度作為參數(shù)；圖2是根據(jù)第一實施例的本發(fā)明的簡化的電氣示意方框圖；圖3是類似于圖2但是根據(jù)另一實施例的方框圖；
圖4示出在空閑(例如，OFF)周期期間超電容的平均預(yù)期壽命可以如何變化以響應(yīng)電容電壓和溫度的變化；圖5是當(dāng)超電容經(jīng)歷若干非常繁重使用的空間分隔的階段(ON周期)(散布著空閑(OFF)周期)時的超電容的預(yù)期壽命、已用壽命和瞬時預(yù)期壽命與經(jīng)過的時間(以天表示)的關(guān)系曲線圖；以及圖6是說明根據(jù)優(yōu)選實施例的本發(fā)明的方法的簡化流程圖。
具體實施例方式
本質(zhì)上，下面詳細(xì)的說明只是示范而不是用來限制本發(fā)明或本發(fā)明的應(yīng)用和使用的。此外，沒有被在前述的技術(shù)領(lǐng)域、背景、發(fā)明內(nèi)容或下面的詳細(xì)說明中提出的任何明示的或暗示的理論限制的意圖。詞“空閑”或“空閑狀態(tài)”或“空閑周期”或“OFF”在這里可以互換使用，表明沒有從超電容獲得有效功率的狀態(tài)或周期，而詞“運行”或“運行狀態(tài)”或“運行周期”或“ON”可以互換使用，表明正在從超電容獲得有效功率。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的用于確定超電容的預(yù)計壽命的電系統(tǒng)20的簡化電示意方框圖。系統(tǒng)20包括一個或多個超電容C-1...C-i...C-n和測量每個電容C-i兩端的電壓Vi和每個電容C-i的溫度Ti的電容狀態(tài)傳感器22-1...22-i...22-n。為了方便說明，通過代表電容C和代表狀態(tài)傳感器22來描述方案，省略了輔助標(biāo)識“i”。每個狀態(tài)傳感器22包括隔離差分放大器和電平移動器23(此后稱隔離器23)，使差分電壓輸入24耦合到電容C；以及電平移動放大器27(此后稱隔離器27)，使輸入26耦合到溫度傳感器25，它熱耦合到電容C以便測量其溫度。隔離器23在引線或總線28上的輸出和隔離器27在引線或總線29上的輸出耦合到測量系統(tǒng)32的I/O 30。I/O 30可以是模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)和或數(shù)字轉(zhuǎn)換器或信號轉(zhuǎn)換器，取決于從隔離器23、27輸出的信號的性質(zhì)。任一種方案都是有用的。測量系統(tǒng)32還包括程序存儲器34、臨時工作存儲器(RAM)35、非易失存儲器(NV-MEM)36、處理器(CPU)37和定時器38，經(jīng)由總線31彼此耦合并且耦合到I/O 30。例如，結(jié)合圖6的流程圖所示的程序步驟存儲在存儲器34中并且使得處理器37執(zhí)行本發(fā)明方法的步驟。NV-MEM 36用于臨時存儲各種變量或參數(shù)的中間值。提供輸出總線或連接33，通過它系統(tǒng)20可以把它對電容C-1...C-i...C-n的狀態(tài)的計算結(jié)果和預(yù)期的壽命和/或任何希望的中間值傳遞給一個或多個顯示、警報功能、和/或其它總的或監(jiān)督的車輛功能(未示出)。提供輸入連接39，這樣加電和斷電信號可以從例如點火開關(guān)(未示出)或其它車輛或電源控制設(shè)備接收。
圖3是本發(fā)明的電系統(tǒng)40的方框圖，類似于圖2，但是根據(jù)的是另一實施例。圖3的系統(tǒng)40類似于圖2的系統(tǒng)20。系統(tǒng)20和40的不同之處在于，對于圖2的系統(tǒng)20，多個電容狀態(tài)傳感器獨立測量并向測量系統(tǒng)32報告各種電容C-1...C-n的狀態(tài)，而在圖3的系統(tǒng)40中，單個電容狀態(tài)傳感器42測量串聯(lián)的電容C-1...C-n的集體狀態(tài)并向測量系統(tǒng)32’報告組合的數(shù)據(jù)。除了在檢測的電池電壓上的不同，圖3的狀態(tài)傳感器42與圖2的狀態(tài)傳感器22類似，并且狀態(tài)傳感器42的元件43-49在操作上分別等同于狀態(tài)傳感器22的元件23-39，通過引用將該討論結(jié)合在此。類似地，測量系統(tǒng)32、32’的元件是相似地并且通過引用將關(guān)于圖2的系統(tǒng)32的討論結(jié)合在此。任何一種方案都是有用的。接下來的關(guān)于系統(tǒng)20、40的操作的討論適用于任一種方案。為了說明方便，假定使用的是圖2的系統(tǒng)20并且只考慮單個電池?；谠诖说恼f明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，使用系統(tǒng)20或系統(tǒng)40或二者的組合的方案還可以考慮多個電池。
當(dāng)超電容空閑(例如，OFF)時，沒有有效的功率從其獲取。但是，它的期望壽命可以變化以響應(yīng)它的終端電壓V和溫度T的變化。盡管甚至在空閑周期期間使用系統(tǒng)20、40可以監(jiān)視期望壽命，這并不是希望的，因為這種監(jiān)視需要能量消耗。因此，希望提供一種系統(tǒng)，用于就基于在空閑周期的開始(Vo，To)和結(jié)束(Vf，Tf)的V、T值和空閑周期的持續(xù)時間(Δt)來修正期望的電容壽命值。期望的是，在由于電荷漏泄的空閑周期期間，電容終端電壓V(t)作為時間t的函數(shù)將會衰減。作為時間函數(shù)的溫度T(t)可以根據(jù)最近的電容使用歷史和空閑周期期間周圍的溫度而增加或減少。因此，在空閑周期期間，T(t)可以增加或減少。
通過示例，假定V(t)和T(t)在區(qū)間Δt期間線性衰減。那么對于在空閑(OFF)周期期間的任何時間值tV(t)＝Vo+[(Vf-Vo)/Δt]t＝Vo+KVt [2]T(t)＝To+[(Tf-To)/Δt]t＝To+KTt [3]其中，KV＝[(Vf-Vo)/Δt]和KT＝[(Tf-To)/Δt]是常數(shù)。因為涉及的老化機(jī)制具有對數(shù)性質(zhì)，就基于對空閑狀態(tài)開始和結(jié)束狀況的簡單平均來生成代表的壽命期望項是不可能的。通過使用空閑(OFF)周期開始和停止的狀況作為積分的端點計算代表的積分來得到更好的表示，如下Yoff＝Δt/∫1/[Y(V，T)]dt＝Δt/∫[10-(aT(t)+bV(t)+c)]dt. [4]替換和組合項得出，Yoff=Δt/[10-(aTo+bVo+c)]∫[10-(aKT+bKV)t]dt.···(5)]]>在區(qū)間Δt上進(jìn)行積分得出Yoff＝{-[a(Tf-To)+b(Vf-Vo)]*ln(10)}/[1/Yf-1/Yo] [6]其中Yf=10(aTf+bVf+c)]]>和Yo＝10(aTo+bVo+c)。
如果在空閑(OFF)區(qū)間Δt電壓或溫度沒有變化或者電壓和溫度的變化互相抵消(例如，aKT+bKV＝0)，那么Yoff＝Y(jié)o，即，和當(dāng)空閑(OFF)周期開始時的值相同。將注意的是，Yoff≠(Yo+Yf)/2和Yoff≠Y(V(Δt/2)，T(Δt/2))。換言之，從空閑周期得到的平均預(yù)計壽命預(yù)期值不是初始值和終值的簡單平均，也不能找到通過空閑周期的折中辦法。圖4示出在10000秒的空閑周期期間使用等式[6]得到的Yoff的值，假定線性的電壓下降0.2伏特而溫度下降10攝氏度。將注意的是，在這些情況下，壽命期望增加，因為跡線52示出的減少的電壓和跡線54示出的減少的溫度，提供了如跡線56示出的較長的壽命。
關(guān)于超電容需要考慮兩個時間區(qū)間(i)上面討論的空閑或OFF時間區(qū)間Δt和(ii)操作或ON時間區(qū)間。在操作ON時間區(qū)間期間，按照希望每隔ts秒對超電容的狀態(tài)采樣并且因此采樣區(qū)間的號n＝1，2，3...N是對總的運行時間或ON時間的測量。超電容的累積已用壽命Yexp是可應(yīng)用的時間區(qū)間的總和。因此Yexp＝N*ts+∑Δt， [7]其中N是在ON周期期間的區(qū)間ts的總數(shù)，而∑Δt是OFF區(qū)間(在每個OFF區(qū)間的Δt的值可以變化)的和。為方便以秒測量Yexp，即，與ts和Δt相關(guān)聯(lián)的時間單位，但是也可以使用其它任何時間單位。使用(舉例而不是意在限制)定時器38作為時間測量計數(shù)器或時鐘由本發(fā)明的系統(tǒng)20、40來確定Yexp的值。例如，在線39(見圖2-3)上從車輛點火開關(guān)(未示出)接收的加電或斷電信號標(biāo)識了運行周期和空閑周期的開始和結(jié)束。
通過計算每個采樣區(qū)間ts的瞬時期望壽命值Y(V，T)＝Y(jié)(V(n*ts)，T(n*ts))的時間加權(quán)平均，加上任何空閑(OFF)周期的影響來確定超電容的預(yù)計壽命Yproj，如下Yproj＝Y(jié)exp/{∑[ts/Y(V(n*ts)，T(n*ts))]+∑(Δt/Yoff)}， [8]n＝1，2，3到N，可以改寫為Yproj＝Y(jié)exp/{∑[ts/Y(V(tn)，T(tn))]+∑(Δt/Yoff)}，and[9]Yproj＝Y(jié)exp/{∑Pn+∑Qoff}， [10]其中tn＝n*ts并且Pn＝[ts/Y(V(tn)，T(tn))]and [11]∑Pn＝∑[ts/Y(V(tn)，T(tn))] [12]各自n＝1，2，3...N并且Qoff＝Δt/Yoff[13]
對于持續(xù)時間Δt的每個OFF周期。將理解的是，對于每個OFF周期Δt可以變化。累加并存儲中間量是方便的，∑Pn+∑Qoff，[14]即，遞增進(jìn)行求和，而不是存儲獨立的值并在以后把它們加起來。為方便以年來測量Yproj。期望的剩余有效壽命Yrul是預(yù)計壽命期限Yproj減去已用壽命Yexp，即，Yrul＝Y(jié)proj-Yexp.[15]當(dāng)Yproj≤Yexp使得Yrul≤0時，超電容基本上到達(dá)了它有效壽命的結(jié)束。
圖2-3的系統(tǒng)20、40的測量系統(tǒng)32、32’從傳感器22、42接收V(t)和T(t)值并且從定時器38(或者別處的等價定時器或時鐘)接收t和Δt值、從存儲器34和/或36接收常數(shù)a、b、c和時間區(qū)間值ts、從存儲器35和/或36和接收ON/OFF和OFF/ON轉(zhuǎn)換信號的輸入39接收N值，并且利用存儲在程序存儲器34的計算程序和存儲在RAM35和/或NV-MEM 36中的中間變量，CPU 37確定上述的等式的值以確定Y(V，T)、Yoff、Yproj、Yexp和Yrul。按希望將這些計算的結(jié)果整體或部分經(jīng)由輸出33報告給使用者狀態(tài)或診斷顯示或監(jiān)視(未示出)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解哪個壽命值是希望報告給這種狀態(tài)或診斷顯示或監(jiān)視的，取決于超電容提供功率的車輛和/或其它設(shè)備的要求。圖5示出了這種計算的結(jié)果的示例。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，系統(tǒng)20、40能夠以諸如圖5的圖形的形式或作為數(shù)字讀出器或其它裝置提供這種信息，取決于使用者、維修技術(shù)人員和/或監(jiān)視系統(tǒng)的需要。因此，圖5的表示意在示范而非限制。
圖5示出經(jīng)歷若干非常繁重使用的空間分隔的階段63、65、67、69(散布著空閑周期71、73、75、77、79)的超電容的以年表示的預(yù)計壽命Yproj(跡線66)、已用壽命Yexp(跡線64)和瞬時壽命Y(V，T)(跡線62)與以天表示的經(jīng)過的時間的關(guān)系曲線圖60。為了說明，假定瞬時壽命Y(V，T)起初是10年。橫坐標(biāo)上經(jīng)過的時間天數(shù)是t＝365，在縱坐標(biāo)上，已用壽命Yexp(在優(yōu)選的實施例中是與一個或多個運行計數(shù)器或時鐘的輸出成比例的)，從在經(jīng)過的時間天數(shù)是t＝0的Yexp＝0線性增加到Y(jié)exp＝1年。在參考標(biāo)記63、65、67、69表明的時間上，在一天的周期Y(V，T)從10年下降到0.01年然后返回到10年的情況下，切換超電容為ON。這對應(yīng)于非常繁重的使用，比可能在正常使用超電容遇到的情況大的多，但是這作為方便的方式來說明，在由空閑(OFF)周期分隔的硬使用(ON)周期的組合下，預(yù)計壽命Yproj如何隨時間變化。在曲線圖60上，跡線62的橫向間隔被夸大，其中(Y(V，T)在一天的時間非常急劇地從10年下降到0.01年而后回到10年)，這樣容易看到Y(jié)(V，T)中的變化。在插入的OFF時間周期71、73、75、77、79期間，超電容是空閑的并且假定Y(V，T)是常數(shù)10年。
跡線66示出的預(yù)計壽命Yproj在經(jīng)過的時間t＝0和空閑(OFF)周期71期間起初是10年。但是，當(dāng)一天出現(xiàn)了第一繁重使用(ON)事件63時，Yproj急劇下降，大約和Y(V，T)相呼應(yīng)，但沒那么急劇。在第一一天的ON周期63的結(jié)束和空閑周期73的開始，Y(V，T)回到10年。在空閑(OFF)周期73期間Yproj略微恢復(fù)但仍保持少于一年。當(dāng)?shù)诙敝厥褂靡惶斓?ON)事件65出現(xiàn)并且Y(V，T)又一天下降到0.01年，Yproj又下降而后在隨后的空閑(OFF)周期75期間部分地恢復(fù)。這種急劇下降和部分恢復(fù)的趨勢隨著第三繁重使用一天的(ON)事件67和隨后的空閑(OFF)周期77繼續(xù)，每次下降使得跡線66更接近跡線64示出的Yexp的線性增加的值。隨著第四繁重使用一天的(ON)事件69，Yproj跡線66下降到Y(jié)exp跡線64的下方，表明預(yù)計壽命低于期望的壽命并且超電容已經(jīng)到達(dá)它的壽命結(jié)束的狀態(tài)，例如，剩余的有效壽命Yrul≤0。在該點，系統(tǒng)20、40希望經(jīng)由輸出33報告該狀況。本領(lǐng)域的技術(shù)人員還將理解，系統(tǒng)20、40可以報告使用者、維修人員和/或監(jiān)視系統(tǒng)(未示出)希望的任何中間值，并且系統(tǒng)的操作不限于只報告Yrul≤0。另外，NV-MEM 36可以用于存儲關(guān)于各種ON和OFF周期的信息以及作為結(jié)果出現(xiàn)的壽命的變化，以便以后由使用者或維修人員或監(jiān)視系統(tǒng)為系統(tǒng)性能評估進(jìn)行檢索。這是本發(fā)明特有的特點。例如，但并不是用來限制，通過周期地確定并在RAM 35存儲Y(V，T)瞬時值的總和而后除以采集的樣本數(shù)量，可以確定在ON周期期間的平均Y(V，T)。這給出了關(guān)于用戶駕駛時間表和充電/放電策略對超電容有效壽命預(yù)期的影響的信息?；谠诖说恼f明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，如何聚集和存儲這種和其它類型的關(guān)于超電容使用和剩余壽命變化的有效數(shù)據(jù)。結(jié)合圖6示出的流程圖將更充分地理解系統(tǒng)20、40的操作。
圖6是說明根據(jù)優(yōu)選實施例的本發(fā)明的方法100的簡化流程圖?？s寫“N”用于圖6中表明對詢問的否定“NO”或“FALSE”結(jié)果，縮寫“Y”用于表明對詢問的肯定“YES”或“TRUE”結(jié)果，縮寫“ON”用于表明正在從超電容獲取有效功率的狀態(tài)，而縮寫“OFF”用于表明沒有從超電容獲取有效功率的狀態(tài)。另外，為說明方便，假定每隔ts秒對超電容的電壓和溫度參數(shù)采樣，但是這不是用于限制。因此，為方便，以ts的單位測量時間t，這樣，t＝n*ts，其中，n＝1，2，3...N。為了區(qū)分OFF時間區(qū)間和ON時間區(qū)間，分別使用了標(biāo)記noff和non。但是，這不是用來限制的，并且可以使用任何的采樣區(qū)間或時間測量區(qū)間。為方便，ts的值大約是一秒。
方法100通常開始于開始102，從而，系統(tǒng)20、40處于準(zhǔn)備就緒狀態(tài)，能夠在系統(tǒng)加電時測量電容電壓V和溫度T。對于第一次的初始化和接下來的強行復(fù)位，使用下面的啟動參數(shù)值電源狀態(tài)＝ON，n＝0，Np＝0，∑Δt＝0，∑Qoff＝0，∑Pn＝0，Vo＝V的當(dāng)前值，To＝T的當(dāng)前值以及EOL＝FALSE。只要向系統(tǒng)20、40提供功率，接下來的初始化、方法100基本上連續(xù)運行。下面的說明假定已經(jīng)發(fā)生初始化，并且方法100循環(huán)從開始102到返回142并且回到開始102。
在步驟104，計數(shù)器或定時器31是遞增的，即為方便但不是必需，設(shè)置n等于n+1。然后，執(zhí)行詢問106，其中，確定系統(tǒng)的電源狀態(tài)，即，超電容C是處于ON狀態(tài)或OFF狀態(tài)。如果詢問106的結(jié)果是ON，那么在詢問108，確定電容C是否改變狀態(tài)從ON到OFF。如果詢問106的結(jié)果是OFF，那么執(zhí)行詢問110，其中，確定電容C是否改變狀態(tài)從OFF到ON。(出現(xiàn)在系統(tǒng)20、40的輸入39上的信號表明狀態(tài)變化的方向，例如，ON到OFF或者OFF到ON)。對于不同的情況，方法100可以分成四個一般路徑或序列步驟111、131、145、147。路徑111包括步驟112、114、116、118、120、122、124、126、128、130、132、138、140和142，處理系統(tǒng)起初是OFF但從OFF改變到ON的情況。路徑131包括步驟144、130、132、138、140和142，處理系統(tǒng)起初是ON并繼續(xù)保持ON(即ON到OFF的詢問108得出NO(FALSE))的情況。路徑145包括步驟146、148、150和142，處理系統(tǒng)起初是ON但從ON改變到OFF(詢問106得出YES(TRUE))的情況。路徑147對應(yīng)于電容C是OFF并且沒有改變狀態(tài)(詢問110得出NO(FALSE))的情況。
現(xiàn)在返回到詢問110，如果詢問110的結(jié)果是NO(FALSE)，那么方法100經(jīng)由(A)進(jìn)行到返回142。返回142表明，只要存在電源來操作系統(tǒng)20、40，方法100再循環(huán)到開始102，否則的話，系統(tǒng)20、40在步驟142暫停。如果詢問110的結(jié)果是YES(TRUE)，表明正在或即將發(fā)生從OFF到ON的狀態(tài)改變，那么方法100進(jìn)行到步驟112，其中，控制系統(tǒng)20、40中的電源狀態(tài)設(shè)置為ON并且到步驟114，其中，在步驟148存儲的對應(yīng)于在馬上結(jié)束的OFF區(qū)間的開始的參數(shù)值的∑Qoff、∑Δt、Np、∑Pn、Vo、To的值在系統(tǒng)20、40中檢索。在步驟116，確定Δt＝(noff)*ts的當(dāng)前值和與當(dāng)前OFF周期的結(jié)束(由與詢問110相關(guān)聯(lián)的OFF到ON的轉(zhuǎn)換引起的)相關(guān)聯(lián)的Vf、Tf的當(dāng)前值。在步驟118，確定參數(shù)KV、KT(見等式[2]-[3]和關(guān)聯(lián)的文本)。
在詢問120，確定在OFF區(qū)間期間的V(t)和T(t)的變化是否是自抵消(即詢問120是TRUE)。如果詢問120的結(jié)果是YES(TRUE)，那么在步驟122，設(shè)置在剛好結(jié)束的OFF周期的結(jié)束的Y(t)的值Yoff等于Y(Vo，To)，即在剛好結(jié)束的OFF周期的開始的Y(t)＝Y(jié)(V(t)，T(t))的值。如果詢問120的結(jié)果是NO(FALSE)，那么方法100進(jìn)行到步驟124，其中確定Yo、Yf和Yoff的值。步驟122或124的交替結(jié)果饋送到步驟126，其中，如所示確定∑Qoff、∑Δt和N的值。已經(jīng)使用了noff(測量剛好結(jié)束的OFF周期的長度Δt)的值，在步驟128復(fù)位noff到零，為方法100的另一迭代作準(zhǔn)備。在隨后的步驟130，如所示確定Yexp、Yproj和Yrul的值，并且答復(fù)詢問132。如果詢問132的結(jié)果是YES(TRUE)，表明Yrul是零或負(fù)的并且已經(jīng)到達(dá)了電容壽命結(jié)束(EOL)的條件，這在EOL＝TRUE步驟140報告，而后方法100進(jìn)行到結(jié)束步驟144。如果詢問132的結(jié)果是NO(FALSE)，表明還未到達(dá)壽命結(jié)束的條件，那么該情況在EOL＝FALSE步驟138報告，而后方法100進(jìn)行到返回142。
現(xiàn)在返回到詢問108和步驟131，其中電容是ON并且保持ON，然后在步驟144，如所示確定tn、Yn、∑Pn和N，其中，n＝non提供了當(dāng)前ON時間的測量。為簡潔表示，在圖6中，等式[9]-[12]的Y(tn)＝Y(jié)(V(tn，T(tn))。在步驟144確定的tn、Yn、∑Pn和N的值用在隨后的步驟130以確定Yexp、Yproj和Yrul。然后，Yrul饋送到詢問132。如已經(jīng)描述那樣進(jìn)行詢問132和步驟138或140，并且，EOL＝TRUE時方法100進(jìn)行到結(jié)束144，而EOL＝FALSE時方法100進(jìn)行到返回142(再循環(huán)到開始102)。將注意的是，正如關(guān)于步驟111、145，關(guān)于步驟131不復(fù)位n。
再返回到循環(huán)108和步驟145，其中電容起初是ON但正在或即將進(jìn)行ON到OFF的轉(zhuǎn)換(詢問108的輸出是YES(TRUE))。在隨后的步驟146，測量系統(tǒng)20、40的電源狀態(tài)設(shè)為OFF，并且在步驟148，存儲各種與新的OFF周期的開始相關(guān)聯(lián)的∑Qoff、∑Δt、Np、∑Pn、Vo、To的值，如例如在NV-MEM 36或別處中存儲。在隨后的步驟150，n＝non設(shè)為零并且方法100前進(jìn)到返回步驟102，準(zhǔn)備方法100的下一次迭代。定時器38用于確定t＝n*ts是方便的，但是還可以使用任何適當(dāng)?shù)亩〞r器或定時功能。軟件定時器是用于提供定時功能的可選擇的裝置的非限制的例子。
盡管在前面詳細(xì)的說明中示出了至少一個示范實施例，應(yīng)該理解，存在大量的變體。還應(yīng)該理解，示范實施例或若干示范實施例只是示例，而不是用來以任何方式限制本發(fā)明的范圍、適用性或配置的。當(dāng)然，前面的詳細(xì)說明將向本領(lǐng)域的技術(shù)人員提供方便的道路圖，用于實現(xiàn)示范實施例或若干示范實施例。應(yīng)該理解，在不脫離在所附的權(quán)利要求和其法律等價物提出的本發(fā)明的范圍的前提下，可以對元件的功能和布置進(jìn)行各種改變。
權(quán)利要求
1.一種用于預(yù)計超電容電源經(jīng)歷至少一個ON周期和至少一個OFF周期的有效壽命Yproj的系統(tǒng)，包括耦合到所述超電容電源的傳感器，用于測量作為時間的函數(shù)的超電容的電壓V(t)和溫度T(t)；以及耦合到所述傳感器的測量系統(tǒng)，所述測量系統(tǒng)接收V(t)、T(t)并至少部分基于在OFF周期開始的V(t)、T(t)＝Vo、To的值和在OFF周期結(jié)束的V(t)、T(t)＝Vf、Tf的值以及一個或多個在ON周期期間得到的V(t)、T(t)的值計算Yproj。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個OFF周期具有持續(xù)時間Δt，并且在所述至少一個ON周期期間，在一個或多個預(yù)定的時間區(qū)間ts對V(t)、T(t)采樣。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，測量電路通過確定具有以下形式的等式的值來確定YprojYproj＝(Nts+∑Δt)/{∑[ts/Y(V(n*ts)，T(n*ts)]+∑Δt/Yoff}，以及Yoff＝{-[a(Tf-To)+b(Vf-Vo)]*ln(10)}/[1/Yf-1/Yo]以及Yf=10(aTf+bVf+c),]]>以及Yo＝10(aTo+bVo+c)，以及Y(V，T)＝10(aT+bV+c)其中，a、b和c是常數(shù)，并且，n＝1，2，3...N。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，在所述ON周期期間得到的V(t)、T(t)的一個或多個值是在預(yù)定的時間區(qū)間ts得到的。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，在時間區(qū)間n*ts對在ON周期期間得到的V(t)、T(t)的一個或多個值采樣，其中，n＝1，2，3...N。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，N是先于所述當(dāng)前ON周期的結(jié)束到達(dá)的n的最大值。
7.一種用于預(yù)計超電容電源在OFF周期之后經(jīng)歷至少一個ON周期的有效壽命Yproj的系統(tǒng)，包括耦合到所述超電容電源的傳感器，用于測量作為時間t的函數(shù)的超電容的電壓V(t)和溫度T(t)；以及耦合到所述傳感器的測量系統(tǒng)，所述測量系統(tǒng)接收V(t)、T(t)并至少部分基于組合在所述ON周期期間的不同的t的值的瞬時超電容壽命Y(V(t)，T(t))的值計算Yproj。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，在所述ON周期期間的不同的t的值包括t＝n*ts，n＝1，2，3...N，N是在所述ON周期期間出現(xiàn)的n的最大值。
9.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)還包括，取決于在OFF區(qū)間的開始的V、T值Vo、To和在OFF區(qū)間的結(jié)束的V、T值Vf、Tf，在Yproj中包含項。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，Yproj＝f(Vo，Vf，To，Tf)。
11.一種利用超電容的測量的電壓V(t)和測量的溫度T(t)確定超電容的預(yù)計Yproj壽命的方法，包括存儲至少兩個時間值t＝t1和t＝t2的V(t)、T(t)的值；確定所述超電容的所述至少兩個時間值t＝t1和t＝t2的瞬時壽命Y(V(t)，T(t))＝10(aT(t)+bV(t)+c)，其中，a、b和c是常數(shù)，并且組合由此得到的Y1(V(t1)，T(t1))和Y2(V(t2)，T(t2))的值以至少部分得到Y(jié)proj。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括存儲在OFF周期的開始和結(jié)束的V(t)、T(t)的值，并且在確定Yproj中使用所存儲的值。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括計算所述超電容的與經(jīng)過的時間成比例的已用壽命Yexp，然后確定是否Yproj≤Yexp。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，還包括，如果Yproj≤Yexp是TRUE，那么報告所述超電容已經(jīng)到達(dá)它壽命的結(jié)束。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，Yproj＝f(Yexp/[Pn+Qoff])在ON狀態(tài)期間，Pn＝[ts/5Y(tn)]并且，t＝n*ts，n＝1，2，3...N，以及Qoff＝f(Δt，Vo，To，Vf，Tf)，Δt是處于在前的OFF狀態(tài)中的經(jīng)過的時間，并且Vo、To和Vf、Tf分別是在所述在前的OFF狀態(tài)的開始和結(jié)束的V(t)、T(t)的值。
全文摘要
提供了用于預(yù)期超電容在OFF周期之后經(jīng)歷至少一個ON周期的使用壽命Y
文檔編號G01R31/40GK1721866SQ20051008449
公開日2006年1月18日 申請日期2005年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月14日
發(fā)明者J·R·于爾吉爾 申請人:通用汽車公司