燃?xì)獗黼姵睾碾娔Ｐ偷膽?yīng)用

張曉丹, 吳燕娟, 林明星

(金卡智能集團(tuán)股份有限公司，浙江杭州310018)

1 概述

隨著市場需求的發(fā)展，要求燃?xì)獗聿粌H要有計(jì)量功能還要有顯示、計(jì)價(jià)以及通信功能，從而使之更加智能化[1]，同時(shí)需要低功耗的設(shè)計(jì)，這就需要對燃?xì)獗淼碾姵睾碾娗闆r進(jìn)行分析和監(jiān)控，及時(shí)提示用戶更換電池或者告知后臺系統(tǒng)電池的運(yùn)行情況，及時(shí)通過電池的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)反映出燃?xì)獗硎欠裉幱谡５墓ぷ鳡顟B(tài)。由于目前還沒有一個(gè)可靠的系統(tǒng)對燃?xì)獗黼姵氐暮碾娗闆r進(jìn)行大數(shù)據(jù)的收集和分析，因此筆者收集市場上燃?xì)獗黼姵氐臄?shù)據(jù)，并對該類數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，建立了典型電池的耗電模型，并將該耗電模型應(yīng)用到燃?xì)獗淼膶?shí)際使用過程中，進(jìn)而監(jiān)測燃?xì)獗淼墓ぷ鳡顟B(tài)。

2 耗電模型的建立

① 電池電壓變化曲線

市場上常用的燃?xì)獗黼姵胤譃樘夹噪姵睾蛪A性電池。堿性電池的電量是碳性電池電量的4～7倍，因此放電情況與碳性電池有所不同。筆者隨機(jī)抽取了市場上170臺燃?xì)獗碓? a內(nèi)使用情況，調(diào)取170臺燃?xì)獗淼碾姵仉妷弘S時(shí)間的變化數(shù)據(jù)，建立了堿性電池、碳性電池正常使用情況下的耗電模型和大功耗情況下(此時(shí)為異常工作的情況)的耗電模型。對市場上170臺燃?xì)獗碓? a內(nèi)采集到的電池電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并從中挑出3臺燃?xì)獗恚?臺燃?xì)獗淼碾姵厍闆r分別為正常工作的堿性電池、正常工作的碳性電池以及異常工作的電池(該電池為堿性電池)，3臺燃?xì)獗淼碾姵仉妷弘S時(shí)間的變化曲線見圖1。

圖1 3臺燃?xì)獗淼碾姵仉妷弘S時(shí)間的變化曲線

由圖1可以看出，燃?xì)獗碚９ぷ鲿r(shí)電池電壓變化和大功耗時(shí)異常工作的電池電壓曲線的變化趨勢和斜率是不同的。正常工作時(shí)，堿性電池電壓的變化曲線和碳性電池電壓的變化曲線的趨勢和斜率也是不同的。因此只要利用上述方法對170臺燃?xì)獗黼姵仉妷旱淖兓M(jìn)行數(shù)據(jù)分析，總結(jié)出3種變化曲線的斜率范圍，即可判斷燃?xì)獗黼姵毓ぷ魇欠癞惓；蛘吲袛喑鋈細(xì)獗硎褂玫碾姵仡愋汀?/p>

② 擬合方程

抽取的170臺燃?xì)獗碇校?00臺燃?xì)獗硖幱谡９ぷ鳡顟B(tài)，其中60臺使用堿性電池，40臺使用碳性電池，剩余70臺燃?xì)獗硖幱诖蠊墓ぷ鳡顟B(tài)。根據(jù)這些燃?xì)獗淼碾姵仉妷鹤兓闆r，擬合出電壓變化曲線的斜率?？捎米钚《朔╗2]對電壓的變化進(jìn)行多項(xiàng)式擬合，求出電壓隨時(shí)間變化的線性方程，總結(jié)出不同情況下電池電壓變化的斜率范圍，建立燃?xì)獗淼暮碾娔Ｐ汀?/p>

針對圖1，本文用Matlab軟件對選取的3臺燃?xì)獗黼姵仉妷旱臄?shù)據(jù)進(jìn)行擬合，擬合直線見圖2。異常工作、堿性電池正常工作、碳性電池正常工作時(shí)的擬合方程分別為：

y=-0.009x+6.130

(1)

y=-0.001x+6.060

(2)

y=-0.004x+6.116

(3)

式中y——電池電壓，V

x——電池使用時(shí)間，d

圖2 3臺燃?xì)獗黼姵仉妷弘S時(shí)間的擬合直線

③ 確定斜率區(qū)間

在將170臺燃?xì)獗砭幪?，并利用最小二乘法得出擬合方程后提取方程的斜率。

在燃?xì)獗淼纳芷趦?nèi)，計(jì)算各燃?xì)獗淼男甭?，各燃?xì)獗黼妷鹤兓男甭史植家妶D3。

圖3 各燃?xì)獗黼妷鹤兓男甭史植?/p>

由圖3可以看出，不同情況的燃?xì)獗?，其電池電壓隨時(shí)間變化曲線的斜率分布在3個(gè)區(qū)間，每個(gè)區(qū)間都有一個(gè)確定的斜率范圍，因此可以通過判斷燃?xì)獗黼姵仉妷鹤兓甭实乃鶎俜秶鷣砼袛嗳細(xì)獗頎顟B(tài)。

將170臺燃?xì)獗黼姵仉妷鹤兓甭蔬M(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)70臺處于大功耗異常工作狀態(tài)的燃?xì)獗黼妷鹤兓甭示∮诘扔?0.008，60臺正常工作并使用堿性電池的電壓變化斜率均大于等于-0.002，40臺正常工作并使用碳性電池的電壓變化斜率均處于-0.008～-0.002范圍。因此，可以據(jù)此判斷電池的類型及電池是否正常工作。

3 耗電模型在實(shí)際中的應(yīng)用

將上文分析的斜率范圍應(yīng)用到物聯(lián)網(wǎng)[3]的后臺中，可以判斷燃?xì)獗黼姵氐念愋图半姵厥欠裾９ぷ?。耗電模型判斷流程見圖4。

圖4 耗電模型判斷流程

燃?xì)獗硎褂?個(gè)電壓為1.5 V的電池串聯(lián)為燃?xì)獗砉╇?，由于每個(gè)新電池的電壓均高于1.5 V，因此設(shè)定首次上傳時(shí)燃?xì)獗黼妷簯?yīng)大于等于6.3 V，同時(shí)為了保證燃?xì)獗碓诘碗娏繒r(shí)仍然能正常工作，設(shè)置了燃?xì)獗淼淖畹碗妷洪撝禐?.3 V，即保證電壓要大于5.3 V。從燃?xì)獗硎状紊想婇_始，讀取第一次上電時(shí)電池電壓，判斷該電池電壓是否≥6.3 V，如不滿足該條件，則檢測下一次更換電池后上傳電壓。如果滿足電池電壓≥6.3 V，則每隔1 d記錄并上傳一次電池電壓，直至電池電壓≤5.3 V，數(shù)據(jù)采集終止。此時(shí)，說明燃?xì)獗黼姵仉妷阂呀?jīng)跌至電壓閾值，利用最小二乘法擬合電壓變化方程，提取方程的斜率k。如果斜率k≤-0.008，則認(rèn)為燃?xì)獗黼姵靥幱诖蠊墓ぷ鳡顟B(tài)，應(yīng)派維修人員上門維修燃?xì)獗?；斜率k≥-0.002，則認(rèn)為燃?xì)獗黼姵貫檎９ぷ鞯膲A性電池，燃?xì)獗碛脩舾鼡Q電池即可繼續(xù)使用；斜率k處于-0.008和-0.002之間，則認(rèn)為燃?xì)獗頌檎９ぷ鞯奶夹噪姵?，燃?xì)獗碛脩舾鼡Q電池即可繼續(xù)使用。用戶更換電池后，后臺記錄一次更換電池的事件，并繼續(xù)按照圖4流程對燃?xì)獗磉M(jìn)行監(jiān)測。

該流程可以判斷投入市場的燃?xì)獗碇?，使用堿性電池和碳性電池的占比，同時(shí)可通過監(jiān)測一段時(shí)間內(nèi)用戶更換電池的次數(shù)，評估更換電池產(chǎn)生的費(fèi)用，也能評估正常工作的燃?xì)獗砗头钦９ぷ鞯娜細(xì)獗淼恼急龋M(jìn)而評估該批產(chǎn)品的質(zhì)量。

4 結(jié)論

① 統(tǒng)計(jì)市場上170臺燃?xì)獗黼姵氐碾妷弘S時(shí)間的變化情況，建立燃?xì)獗黼姵氐暮碾娔Ｐ?，選取3臺不同電池(正常工作的堿性電池、正常工作的碳性電池以及異常工作的電池)的燃?xì)獗?，利用最小二乘法擬合出3臺燃?xì)獗黼姵仉妷弘S時(shí)間的變化的方程，提取方程斜率。

② 將170臺燃?xì)獗磉M(jìn)行分類并提取斜率進(jìn)行分析。得出處于大功耗異常工作狀態(tài)的燃?xì)獗黼妷鹤兓甭示∮诘扔?0.008，正常工作并使用堿性電池的燃?xì)獗黼妷鹤兓甭示笥诘扔?0.002，正常工作并使用碳性電池的燃?xì)獗黼妷鹤兓甭示幱?0.008～-0.002范圍。

③ 根據(jù)斜率判斷標(biāo)準(zhǔn)，給出燃?xì)獗砗碾娔Ｐ偷呐袛嗔鞒獭?yīng)用此判斷流程，后臺管理系統(tǒng)能夠及時(shí)快速判斷出燃?xì)獗懋?dāng)前的工作狀態(tài)，實(shí)時(shí)掌控燃?xì)獗硇畔?，統(tǒng)計(jì)公司產(chǎn)品質(zhì)量，還能及時(shí)為客戶提供服務(wù)，提高公司的服務(wù)質(zhì)量。