本發(fā)明涉及一種電池壽命評估方法，具體是一種智能時鐘電池用高可靠性壽命評估方法。
背景技術(shù)：
：由于智能時鐘電池具有高儲能密度、長壽命等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛作為智能電表或者智能電器的備用電源。其高度的精確性與可靠性是智能電表時鐘推廣的巨大優(yōu)勢。目前對智能電表可靠性與壽命指標(biāo)的評估預(yù)測是各級電網(wǎng)公司考核智能電表生產(chǎn)廠家產(chǎn)品的重要手段。隨著電網(wǎng)智能化進(jìn)程的推進(jìn)，智能時鐘電池的應(yīng)用也日益廣泛。但由于智能時鐘電池應(yīng)用實(shí)踐較短，因此實(shí)際的使用過程出現(xiàn)了一些問題，比如如何建立智能時鐘電池壽命退化率，如何建立可靠的數(shù)學(xué)模型對其內(nèi)部健康狀況進(jìn)行評估等。智能時鐘電池在備用狀態(tài)下近似處于開路狀態(tài)，但其存在鈍化及自放電過程，會使得其在主電源斷開情況下可能無法正常輸出，影響智能電表的可靠性。目前，一般通過對智能時鐘電池進(jìn)行老化試驗(yàn)近似評估其自放電特性，進(jìn)而建立智能時鐘電池壽命模型，但這種方式試驗(yàn)時間長、限制普適性低，且不具有實(shí)際可行性。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：有鑒于此，本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有智能時鐘電池壽命預(yù)測方法的缺陷，提出一種智能時鐘電池用高可靠性壽命評估的方法。該方法綜合考慮了智能時鐘電池加速老化試驗(yàn)結(jié)果，采用線性回歸分析與多重非線性參數(shù)化擬合相結(jié)合的方法，智能地預(yù)測智能時鐘電池壽命。本發(fā)明的技術(shù)方案：一種智能時鐘電池用高可靠性壽命評估方法，包括以下步驟，對智能時鐘電池進(jìn)行加速老化試驗(yàn)，獲取加速老化試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并擬合加速老化試驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立智能時鐘電池壽命退化率模型；根據(jù)智能時鐘電池壽命退化率模型初步建立智能時鐘電池壽命預(yù)測模型，并對智能時鐘電池壽命預(yù)測模型進(jìn)行參數(shù)化，從而建立完整的智能時鐘電池壽命預(yù)測模型；根據(jù)上述智能時鐘電池壽命預(yù)測模型，進(jìn)行老化規(guī)律與存儲壽命的分析，進(jìn)行可靠性評估。所述的加速老化試驗(yàn)包括以下步驟：1)隨機(jī)選擇一批經(jīng)檢驗(yàn)合格的智能時鐘電池；2)按照規(guī)定的老化溫度采用恒溫恒濕箱對智能時鐘電池進(jìn)行加速老化；3)對冷卻24h的智能時鐘電池的剩余壽命采用高精度萬用表測量；4)重復(fù)上述過程，多次試驗(yàn)求取平均值作為實(shí)時壽命預(yù)測值；5)作出智能時鐘電池剩余壽命與老化時間的對比關(guān)系，作為參數(shù)化壽命預(yù)測模型的原始數(shù)據(jù)。所述智能時鐘電池壽命退化率按照廣義線性模型表示為y(t,t)＝y(tǒng)(t0,t)·f(t)·f(t)(1)式中y(t，t)為存儲時間t和溫度t時智能時鐘電池的實(shí)際容量退化率；y(t0，t)為智能時鐘電池老化前的初始值，即y(t0，t)＝100％；f(t)為存儲時間對智能時鐘電池壽命的影響方程；f(t)為老化溫度對智能時鐘電池壽命的影響方程。所述存儲時間對智能時鐘電池壽命的影響方程f(t)的具體表述為：f(t)＝ca·tb(2)其中ca表示溫度為t0時的老化率，b為與存儲時間相關(guān)的待定系數(shù)；所述老化溫度對智能時鐘電池壽命退化率的影響方程f(t)具體表述為：其中，ct為加速老化因子，t為存儲時間，δt為溫度t0到溫度t的時間差，ct參數(shù)的引入考慮了智能時鐘電池壽命退化率與老化溫度成正相關(guān)的特性。將f(t)和f(t)的表達(dá)式代入方程(1)，智能時鐘電池壽命退化率的模型即為其中，s為智能時鐘電池壽命退化率，ct為加速老化因子，ca表示溫度為t0時的老化率，b為與存儲時間相關(guān)的待定系數(shù)，t為存儲時間，δt為溫度t0到溫度t的時間差。采用最小二乘法非線性擬合的方式，對模型(4)兩邊取對數(shù)，令y＝lns，x＝lnt，廣義線性智能時鐘電池壽命預(yù)測模型可簡化為y＝a+bx(6)智能時鐘電池壽命預(yù)測模型中參數(shù)a和b可通過線性回歸分析確定。本發(fā)明的技術(shù)效果：本發(fā)明可以解決現(xiàn)有壽命預(yù)測方法中結(jié)果一致性差、有效性差及試驗(yàn)時間長等缺陷，具有經(jīng)濟(jì)可行、操作方便、普適性高等優(yōu)點(diǎn)。附圖說明圖1是本發(fā)明的智能時鐘電池用壽命評估方法實(shí)施流程圖。圖2是本發(fā)明的智能時鐘電池加速老化試驗(yàn)流程圖。圖3是本發(fā)明的智能時鐘電池加速老化期間壽命退化率。圖4是本發(fā)明的智能時鐘電池壽命預(yù)測曲線圖。具體實(shí)施方式為使本發(fā)明的技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加明確，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。針對現(xiàn)有的智能時鐘電池壽命預(yù)測的缺點(diǎn)，本發(fā)明實(shí)例提供了一種高可靠性的智能時鐘電池壽命評估方法，圖1為本發(fā)明實(shí)例的具體實(shí)施過程。具體而言，首先對智能時鐘電池進(jìn)行加速老化試驗(yàn)，獲取加速老化試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并擬合加速老化試驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立智能時鐘電池壽命退化率模型；根據(jù)智能時鐘電池壽命退化率模型初步建立智能時鐘電池壽命預(yù)測模型，并對智能時鐘電池壽命預(yù)測模型進(jìn)行參數(shù)化，從而建立完整的智能時鐘電池壽命預(yù)測模型；根據(jù)上述智能時鐘電池壽命預(yù)測模型，進(jìn)行老化規(guī)律與存儲壽命的分析，進(jìn)行可靠性評估。本發(fā)明中智能時鐘電池進(jìn)行加速老化試驗(yàn)可參見圖2，具體包括以下步驟：隨機(jī)選擇一批經(jīng)檢驗(yàn)合格的智能時鐘電池；按照規(guī)定的老化溫度采用恒溫恒濕箱對智能時鐘電池進(jìn)行加速老化；對冷卻24h的智能時鐘電池的剩余壽命采用高精度萬用表測量；重復(fù)上述過程，多次試驗(yàn)求取平均值作為實(shí)時壽命預(yù)測值，進(jìn)一步地，可作出智能時鐘電池剩余壽命與老化時間的對比關(guān)系，為參數(shù)化壽命模型的原始數(shù)據(jù)。智能時鐘電池的老化溫度的典型值為室溫和55℃，老化試驗(yàn)性能測試條件見表1。編號溫度t(℃)濕度(％)測試間隔t(周)樣本量1室溫8053225580532本發(fā)明實(shí)例中智能時鐘電池壽命評估方法的建立需要基于以下假設(shè)成立：假設(shè)1、正常開路狀態(tài)時，智能時鐘電池壽命具有可退化性，；假設(shè)2、智能時鐘電池的衰減規(guī)律具有一致性與可比擬性，不同的老化溫度、濕度條件其失效機(jī)理與正常條件相同；假設(shè)3、自放電形成的licl鈍化膜是智能時鐘電池壽命退化的主要來源。基于上述的假設(shè)，本發(fā)明實(shí)例提出了一種智能時鐘電池壽命評估方法，具體建立過程如下：智能時鐘電池壽命退化率可按照廣義線性模型表示，即y(t,t)＝y(tǒng)(t0,t)·f(t)·f(t)(1)其中y(t，t)為存儲時間(t)和溫度(t)時智能時鐘電池的實(shí)際容量退化率；y(t0，t)為智能時鐘電池老化前的初始值，即y(t0，t)＝100％；f(t)、f(t)分別為存儲時間、老化溫度對智能時鐘電池壽命的影響。存儲時間對智能時鐘電池壽命退化率的影響由f(t)描述，即：f(t)＝ca·tb(2)其中ca表示溫度為t0時的老化率，b為與存儲時間相關(guān)的待定系數(shù)。老化溫度對智能時鐘電池壽命退化率的影響可通過f(t)模型描述，即其中，ct為加速老化因子，ct參數(shù)的引入考慮了智能時鐘電池壽命退化率與老化溫度成正相關(guān)的特性。將f(t)和f(t)的表達(dá)式代入方程(1)，智能時鐘電池壽命退化率的模型即為本發(fā)明實(shí)例采用了最小二乘法非線性擬合的方式，對模型(4)兩邊取對數(shù)，令y＝lns，x＝lnt，廣義線性壽命評估模型可簡化為y＝a+bx(6)智能時鐘電池用壽命評估方法中參數(shù)a和b可通過線性回歸分析確定，得到估計為和具體地實(shí)施方法為：設(shè)共有n個智能時鐘電池，第i個智能時鐘電池，由自變量xi產(chǎn)生的容量值為yi，i＝1,2,…n，則其中，εi為樣本測量誤差，假設(shè)服從正態(tài)分布，和分別為初始參數(shù)值和壽命退化速率。根據(jù)最小二乘法的原則，需求取和使最小，由于最小與最小一致，因此轉(zhuǎn)化為求函數(shù)的極小值，即：假設(shè)最小，通常采用求極值的方法，取其對和的偏導(dǎo)數(shù)，并令其為0，即：即其中解之得令廣義線性壽命評估模型的最終表達(dá)式為則線性回歸方程相關(guān)系數(shù)的表達(dá)式為至此，廣義線性模型參數(shù)的估計值和可求出，將其代入公式(5)，可實(shí)現(xiàn)智能時鐘電池用壽命評估的參數(shù)化，將采用回歸分析計算的參數(shù)值與采用多重非線性擬合求取的值進(jìn)行對比，表明對比結(jié)果一致，從而完成智能時鐘電池壽命預(yù)測方法的建模。根據(jù)前期對智能時鐘電池加速老化的試驗(yàn)結(jié)果，采用線性回歸方程和多重非線性擬合相結(jié)合的方式確定模型參數(shù)，其結(jié)果見表2。編號溫度t(℃)ctcab1室溫1.417-0.000510.6852550.122-0.5730.57本發(fā)明實(shí)例中智能時鐘電池用壽命評估方法參數(shù)與老化溫度直接相關(guān)，智能時鐘電池老化溫度不等時，本發(fā)明實(shí)例的壽命評估方法的系數(shù)有差異。由于系數(shù)b始終小于1，因此智能時鐘電池存儲壽命的退化率與存儲時間呈負(fù)相關(guān)。采用本發(fā)明實(shí)例估計其壽命時，需綜合考慮各個參數(shù)的綜合作用。智能時鐘電池老化220天后，其壽命退化速率的試驗(yàn)結(jié)果與采用本發(fā)明實(shí)例的擬合對比，結(jié)果見圖3。結(jié)果表明，智能時鐘電池壽命退化速度隨著存儲時間的延長和存儲溫度的降低逐步降低；雖然采用本發(fā)明的智能時鐘電池壽命評估方法的擬合結(jié)果與極少部分試驗(yàn)數(shù)據(jù)有小范圍偏差，但通過最優(yōu)化參數(shù)化的方式，總可以獲得最優(yōu)的模型參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對智能時鐘電池短時間存儲壽命高可靠性的預(yù)測。本發(fā)明實(shí)例對智能時鐘電池長時間存儲壽命預(yù)測的趨勢可見于圖4。結(jié)果表明，由于存儲時間和老化溫度的累積效應(yīng)，高溫時智能時鐘電池的壽命退化率更嚴(yán)重。室溫和55℃時，將一批智能時鐘電池儲存各10年，電池的剩余容量分別減小到初始容量的85～90％和65～70％，因此其年平均自放電速率分別為1～1.5％和3～3.5％，可知室溫時智能時鐘電池的壽命約為55℃時壽命的3倍，55℃時存儲10年的智能時鐘電池已經(jīng)不滿足國家電網(wǎng)備用電源的要求。當(dāng)前第1頁12