CN100350349C - 电池容量预测方法,电池组和使用电池组的设备 - Google Patents

电池容量预测方法,电池组和使用电池组的设备 Download PDF

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Abstract

一种电池容量预测方法，可对一种包含多个在使用电池组的设备(2)中串联地连接的电池单元(E1-E3)的电池组(1)，预测其剩余容量。电池容量预测方法包括比较各个电池单元的输出电压的步骤，和根据从各个电池单元输出电压的比较中得出的一个最低电压和一个最高电压中的至少一个电压，预测电池组剩余容量的步骤。

Description

电池容量预测方法，电池组和使用电池组的设备
一般说来，本发明涉及电池容量预测方法，电池组和使用电池组的设备；更具体地说，涉及一种适合对一种由于过量放电而容易损坏的电池、预测其剩余容量的电池容量预测方法，一种能够使用这样一种电池容量预测方法的电池组，和一种使用这样一种电池组的象便携式电子设备之类的设备。
近来，在一些以笔记本式个人计算机或者lap-top计算机为代表的便携式电子设备之类的设备中，更广泛地使用锂离子(Li+)电池或类似电池，去取代镍镉(NiCd)电池、镍氢(NiMH)电池或类似电池。同NiCd电池、NiMH电池或类似电池相比，Li+电池或类似电池是重量较轻，且每单位体积的容量较大。由于这个缘故，Li+电池或类似电池适用于那些必须满足若干要求，例如实现轻重量和长期连续使用要求的设备。
然而，Li+电池或类似电池容易由于过量放电而损坏。例如，如果用户错误地使Li+电池经受过量的放电，则Li+电池会遭受不可恢复的损坏。由于这个缘故，包括Li+电池或类似电池在内的电池组具有一个内装的过量放电预防电路，它在电池电压变成小于某一预定电压时，检测并断开电池的输出，以防电池功能由于用户错误操作而恶化。
另一方面，在那种使用有着内装过量放电预防电路的电池组的设备中，有必要监测电池组的输出电压，并且采取措施，以便在过量放电预防电路操作之前，不在设备内发生数据的破坏或类似的破坏。特别是在笔记本式个人计算机或类似设备情况下，如果电池衰竭，就会丧失全部正在处理的数据；这样，必须在有利的时刻通过识别剩余的电池容量而在象软磁盘之类的非易失性记录媒体中，保存数据。因此为了防止这类数据破坏或类似破坏，就向某些笔记本式个人计算机或类似设备提供一种指示电池剩余容量的功能。
图1是一个说明一种常规电池容量预测方法的电路图。在图1中，电池组501连接于一个象笔记本式个人计算机之类的设备502。电池组501具有一个内装的过量放电预防电路，它包含一个电路部分510和一个开关515。电路部分510包含电压比较器511至513，和一个OR(“或”)电路。在这个实例中，在电池组501内串联地连接三个电池单元E1至E3。向电压比较器51i提供电池单元Ei的输出电压和指示电池单元Ei的过量放电极限电压的参考电压e1，其中i＝1，2和3。开关515由一个场效应晶体管(FET)构成。
电池单元E1至E3由例如Li+电池形成。电池容量预测方法可以大致分类成：一种通过从电池容量中减去已用功率而预测电池容量的方法；和一种从电池输出电压来预测电池容量的方法。Li+电池具有这样的特征：当充分充电时，Li+电池的输出电压达到最大值；而随着放电的进行，输出电压降低。由于这个缘故，在这个实例中，就用后一方法预测电池的剩余容量。
当相应于电池单元E1至E3的输出电压变成小于或等于参考电压e1时，电压比较器511至513就输出一些高电平的信号。因此，当电压比较器511至513之一输出一个高电平的信号时，开关515就响应这个来自OR电路514的高电平信号而转移OFF(断开)，使电池组501与设备502切断。结果，当至少一个电池单元的输出电压变成小于或等于过量放电极限电压时，就切断电池组501的输出，从而防止电池单元E1至E3的过量放电。
设备502装有一个由电阻器R1和R2组成的分压电路，一个电压测量电路520等。电压测量电路520测量通过分压电路得到的电池组501的输出电压，并且通过比较所测输出电压和所预定参考电压而预测电池组501的剩余容量。由于考虑到各个电池单元E1至E3在容量上的不一致，故把这个预定参考电压设置成，略大于电池组501的参考电压e1的3倍。当电池组501的输出电压，即电池单元E1至E3的输出电压的总和，变成小于或等于所预定参考电压时，设备502就判定，电池组501的输出电压已变成接近过量放电电压，从而例如向用户输出一个报警信号。
当各个电池单元E1至E3的输出电压变成小于或等于参考电压e1时，就发生电池组501由于过量放电而变质。当在电池组501内串联地连接的电池单元E1至E3的各输出电压被平衡时，就不必去监测各个电池单元E1至E3的输出电压。在这种情况下，监测电池单元E1至E3的输出电压的总和是充分的，并且当此总和变成小于或等于参考电压时，可以操作过量放电预防电路。
然而，在实践中，各个电池单元E1至E3的容量是不一致的，各电池单元E1至E3的容量相差约10％不是异常的。此外，在各电池单元E1至E3的容量上的差异，会随着电池组501的充电与放电周期数目的增加，而变得更大，因为各电池单元E1至E3的容量也随着各电池单元E1至E3的单独恶化而变成不一致。由于这个缘故，电池组501的内装过量放电预防电路就监测各个电池单元E1至E3的输出电压，并且当电池单元E1至E3中的至少一个单元的输出电压变成小于或等于参考电压e1时，开关515就转接OFF，以便通过断开电池组501和设备502而断开电池组501的输出电压。
另一方面，设备502也监测电池组501的输出电压，即电池单元E1至E3的输出电压的总和；从此总和来预测电池组501的剩余容量；并且在过量放电预防电路切断开关515之前，检测电池组501内的过量放电预防电路的操作。由于这个缘故，有必要通过考虑各个电池单元E1至E3的容量上的差别，用充分的安全系数设置预定的参考电压。
但如果上述的安全系数太大，则即使电池组501的实际剩余容量是充分大的，设备502也会判定，电池组501的放电是接近完结的。结果，出现一个问题：电池组501的利用效率低。此外，当在一种电池组501的剩余容量是充分大的状态中，重复进行电池组501的充电与放电时，也出现一个问题：电池组501的合用寿命由于过量放电而缩短。
另一方面，如果上述安全系数太小，则即使电池组501的放电接近完结，设备502也会继续使用电池组501。在这种情况下，出现一个问题：过量放电预防电路在设备502的操作期间突然切断电池组501的输出电压。当在设备502的操作期间突然切断电池组501的输出电压时，就在设备502内发生数据的破坏等，并且用户可能面临严重的电源事故。
因此，本发明之总目的在于提供一种消除上述问题的新颖有用的电池容量预测方法，电池组，和使用电池组的设备。
本发明之另一更具体之目的在于提供一种可准确预测电池组剩余容量的电池容量预测方法，以便甚至当重复进行电池组的充电与放电时，也可通过防止过量的充电而提高电池组的利用效率，并延长电池组的合用寿命。本发明之目的还在于提供一种启用这样一种电池容量预测方法的电池组，并且提供一种使用这样一种电池组的设备。
本发明之又一目的在于提供，一种用于在使用电池组的设备中预测一种包括多个串联连接电池单元的电池组的剩余容量的电池容量预测方法，该方法包括下列步骤：(a)比较各个电池单元的输出电压，和(b)根据从电池的各输出电压的比较中得出的一个最低电压和一个最高电压中的至少一个电压，预测电池组的剩余容量。根据本发明的电池容量预测方法，有可能准确地预测电池组的剩余容量，并且提高电池组的利用效率。
本发明之另一目的在于提供一种包含多个串联地连接的电池单元的电池组，和一种按照电池组的各输出电压中的一个最低电压和一个最高电压中的至少一个电压而输出的电路。根据本发明的电池组，有可能在使用电池组的设备中准确地预测电池组的剩余容量。
本发明之另一目的在于提供，一种用于预测一种有多个串联连接电池单元的电池组的剩余容量的设备，该设备包括耦合装置，用于把电池组电耦合到该设备上；和预测装置，用于根据电池组的一个最低电压和一个最高电压中的至少一个电压，预测电池组的剩余容量。根据本发明的设备，有可能准确地预测电池组的剩余容量，从而提高电池组的利用效率。
结合附图阅读下面的详细描述，会明显地看出本发明的其他目的和其他特点。
图1是一个电路图，说明一种常规电池容量预测方法；
图2是一个电路图，说明根据本发明的电池组的第一实施例，和根据本发明的设备的第一实施例的一部分；
图3是一个电路图，说明根据本发明的电池组的第二实施例，和根据本发明的设备的第二实施例的一部分；图4是一个曲线图，说明放电结束电压和充电结束电压相对于各电池单元的充电与放电周期数目的关系；
图5是一个曲线图，说明电池电压与未用过的电池单元的放电时间的关系；
图6是一个曲线图，说明电池电压与经历300个充电与放电周期的电池单元的放电时间的关系；
图7是一个曲线图，说明电池电压与经历500个充电与放电周期的电池单元的放电时间的关系；
图8是一个系统方块图，说明电压测量电路的结构；
图9是一个流程图，说明一个CPU操作的一个实施例；和
图10是一个流程图，说明这个CPU操作的另一个实施例。
为了消除上述先有技术的问题，可以设想，监测设备内的各电池单元的输出电压，其方法类似于在电池组内所作的监测。然而，在这种情况下，必须提供一些用于把各个电池单元的输出电压供给设备的终端。此外，还必须提供一种用于把各个电池单元的输出电压和设备内的参考电压进行比较的电路。结果，电池组和设备的结构变复杂。在上面结合图1描述的实例中，电池组具有三个电池单元，但随着形成电池组的电池单元的数目增加，需要把各电池单元的输出电压供给设备的终端的数目也增加；并且当要在电池组内设置大数目的电池单元时，则需要用很大数目的终端去连接电池组和设备。因此，这种设想的方法不实用。
因此，在本发明中，电池组被设计成，从构成电池组的各个电池单元的输出电压中至少输出其中的一个最低电压。此外，根据本发明的使用电池组的设备，根据从电池组得出的最低电压，预测电池组的剩余容量。
由于这个缘故，本发明能够准确地预测电池组的剩余容量，从而甚至当重复进行电池组的充电与放电时，也能通过预防过度的充电，来提高电池组的利用效率，和延长电池组的合用寿命。
此外，如果电池组被设计成，还从构成电池组的各个电池单元的输出电压中至少输出其中一个最高电压，则使用电池组的设备能够，根据从电池组得出的最高电压，判断是否充电电池组。
在这种情况下，有可能确实防止电池组的过度充电，并且能够延长电池组的合用寿命。
此外，电池组还可设计成，从构成电池组的各个电池单元的输出电压中，既输出一个最低电压，又输出一个最高电压。在这种情况下，有可能根据最低电压和最高电压中的至少一个电压，预测电池组的剩余容量。
现在根据本发明描述电池容量预测方法的第一实施例。图2示出根据本发明的电池组的第一实施例和根据本发明的使用电池组的设备的第一实施例的一部分。该设备根据本发明使用电池容量预测方法的第一实施例。
在图2中，电池组1连接于设备2，例如笔记本式个人计算机。为方便起见，图2说明用信号线连接的电池组1和设备2。然而，电池组1和设备2实际上是用已知的技术，通过装于电池组1上的多个终端和装于设备2上的多个相应终端而连接的。因此，把一个来自电池组1的电压E1+E3和一个下面要描述的电压E(min)和/或一个电压E(max)供给设备2。
电池组1具有一个内装的过量放电预防电路，它包括一个电路部分10和一个开关20。电路部分10包括电压比较器11至13，一个OR电路14，电压变换放大器15至17，一个电压比较器18，和一个多路转换器19。在这个实施例中，在电池组1内串联地连接三个电池单元E1至E3。把一个电池单元E1的输出电压和一个指示电池单元E1至E3的过量放电极限电压的参考电压e1，供给电压比较器11。把一个电池单元E2的输出电压和这个参考电压e1供给电压比较器12。同样，把一个电池单元E3的输出电压和这个参考电压e1供给电压比较器13。开关20由一个场效应晶体管(FET)构成。
电池单元E1至E3由例如Li+电池构成。电池容量预测方法可大致分类成，一种通过从电池容量中减去用过的功率而预测电池容量的方法，和一种从电池的输出电压预测电池容量的方法。Li+电池具有这样的特征：Li+电池的输出电压在充分充电时具有最高值，并且随着放电的进行，输出电压降低。由于这个缘故，在本实施例中，采用后一方法去预测电池的剩余容量。
电压比较器11至13，在相应的电池单元E1至E3的输出电压变成小于或等于参考电压e1时，就输出高电平的信号。因此，当电压比较器11至13之一输出一个高电平信号时，开关20就响应高电平信号而从OR电路14断开，以便从设备2切断电池组1。结果，当至少一个电池单元的输出电压变成小于或等于过量放电极限电压时，就切断电池组1的输出，以防电池单元E1至E3过量放电。
电压变换放大器15至17把相应电池单元E1至E3的输出电压，供给电压比较器18和多路转换器19。电压比较器18比较电压变换放大器15至17的输出电压，而多路转换器19依靠电压比较器18的比较结果，选择性地至少输出一个最低电压E(min)。在本实施例中，电压比较器18比较电压变换放大器15至17的输出电压，而多路转换器19依靠电压比较器18的比较结果，还选择性地输出一高电压E(max)。正如下面描述的那样，最高电压E(max)用于防止电池组1的过量充电。
设备2装有一个电压测量电路21等。电压测量电路21测量得自多路转换器19的电池组1的输出电压，并且通过比较所测输出电压和所预定参考电压而预测出电池组1的剩余容量。更具体地说，把来自电池组1的最低电压E(min)同预定的参考电压进行比较，并且当最低电压E(min)变成小于或等于预定的参考电压时，电压测量电路21就判定，在电池组1内的至少一个电池单元E1至E3的输出电压已变成接近过量放电电压。例如，当电压测量电路21判定，至少一个电池单元E1至E3的输出电压已变成接近过量电压时，它就向用户输出一个报警信号。在这种情况下，不需要把预定的参考电压设置成：由于考虑各个电池单元E1至E3的容量上的不一致而包含一个安全系数。
当各个电池单元E1至E3的输出电压变成小于或等于参考电压e1时，就发生由于过量放电而引起的电池组1的恶化。而当在电池组1内串联地连接的电池单元E1至E3的输出电压被保持平衡时，就不需要监测各个电池单元E1至E3的输出电压。在这种情况下，监测电池单元E1至E3的输出电压的总和是充分的，并且当这个总和变成小于或等于参考电压时，可以操作过量放电预防电路。
然而，在实践中，各个电池单元E1至E3的容量是不一致的，电池单元E1至E3的容量相差约10％不是异常的。此外，随着电池组1的充电与放电周期数目的增加，电池单元E1至E3在容量上的差别会变得更大，因为随着电池单元E1至E3的单独恶化，电池单元E1至E3的容量也会变得不一致。由于这个缘故，电池组1的内装过量放电预防电路就监测各个电池单元E1至E3的输出电压，并且当至少一个电池单元E1至E3的输出电压变成小于或等于参考电压e1时，开关20就转接OFF，以便通过从设备2断开电池组1而断开电池组1的输出电压。
另一方面，设备2对有着最低电压E(min)的电池组1的电池单元E1至E3中的一个单元，监测其输出电压；从这个最低电压E(min)预测电池组1的剩余容量；并且在过量放电预防电路切断开关20之前，检测电池组1内的过量放电预防电路的操作。在本实施例中，由于考虑到各个电池单元E1至E3的容量上的差别，故不需要用充足的安全系数去设置预定的参考电压。由于这个缘故，本实施例能够准确地预测电池组1的剩余容量，并且提高电池组1的利用效率。
因此，根据本实施例，有可能防止出现一种情况：即使电池组1的实际剩余容量是足够大的，设备2也错误地判定，电池组1的放电已接近结束；这样，可提高电池组1的利用效率。此外，虽然如果在一种剩余容量充分大的状态下重复进行电池组1的充电与放电，则会由于过量充电而缩短电池组1的合用寿命，但在本实施例中不会发生上述问题。
此外，本实施例还能够防止出现一种情况：即使电池组1的放电实际上已接近结束，设备2也继续使用电池组1。由于这个缘故，本实施例能够防止电池组1的输出电压，在设备2的操作期间由过量放电预防电路突然切断。换句话说，如果电池组1的输出电压在设备2的操作期间被突然切断，则会在设备2内发生数据破坏或类似破坏，并且用户会面临一种严重的电源事故。然而，在本实施例不中会发生上述问题。
在一些设备中，例如以笔记本式个人计算机或膝上型(lap-top)计算机为代表的便携式电子设备中，用电池作设备的电源。考虑到设备的运行成本、能瞬时放电的电流容量和类似的情况，通常用NiCd电池、NiMH电池和Li+电池作二次电池。此外，设备通常装有一个内装充电电路，以便只要把一个A.C.转接器或类似转接器连接于设备，就能够充电二次电池。在便携式设备情况下，通常用二次电池作设备的电源，但当该设备是在一个桌子上使用时，就可通过一个使用A.C.转接器或类似转接器的外接电源向设备供电。
当通过使用A.C.转接器或类似转接器的外电源对通常使用二次电池的上述设备供电时，是不使用来自二次电池的电源的。因此，在理论上，当设备用外电源供电时，二次电池是不消耗的。然而，在实践中，二次电池的自身放电会消耗二次电池的功率。由于这个缘故，甚至设备在通过使用A.C.转接器或类似转接器的外电源而供电时，也有必要不断地充电二次电池，以弥补由于二次电池自身放电而引起的电力消耗。当二次电池是NiCd电池或NiMH电池时，通过在由使用A.C.转接器或类似转接器的外电源给设备供电时，以低的充电率不断地充电二次电池，就有可能防止二次电池由于自身放电而引起的电力消耗。这种充电通常叫作涓流充电。
然而，在二次电池是Li+电池的情况下，不能使用上述的涓流充电，因为Li+电池会由于过量充电而损坏。因此，在Li+电池的情况下，甚至在由使用A.C.转接器或类似转接器的外电源给设备供电时，也必须监测Li+电池的输出电压，并且预测Li+电池的剩余容量。此外，当所监测的Li+电池输出电压变成小于或等于参考电压时，就通过起动Li+电池充电来补偿Li+电池由于自身放电而引起的电力消耗，以便通过Li+电池维持在一种接近充分充电状态的状态，来实现涓流充电。
包含Li+电池的电池组，在各个电池单元的输出电压变成大于参考电压时，会发生由于过量充电而引起的损坏。由于这个缘故，当在电池组内串联地连接的各电池单元的输出电压被保持平衡时，就不需要监测各个电池单元的输出电压。在这种情况下，监测各电池输出电压的总和就是充分的，并且当这个总和变成大于参考电压时，可以操作电池组的一个内装过量充电预防电路。
然而，在实践中，各个电池单元的容量是不一致的，各电池单元的容量相差约10％不是异常的。此外，随着电池组的充电与放电周期数目的增加，各电池单元在容量上的差别会变得更大，因为随着各电池单元的单独恶化，各电池单元的容量也会变得不一致。由于这个缘故，电池组的内装过量充电预防电路就监测各个电池单元的输出电压，并且当至少一个电池单元的输出电压变成大于参考电压时，就通过从设备断开电池组来切断电池组的输出电压。
另一方面，在上面结合图1描述的常规设备，监测电池组的输出电压，即电池单元的输出电压的总和；并且通过比较这个总和与预定的参考电压，来预测电池组的剩余容量。因此，当在过量充电预防电路真正操作之前，检测电池组内的过量充电预防电路的操作时，这种检测也是以上述预测为基础的。由于这个缘故，有必要通过考虑各个电池单元在容量上的差别，而用充分大的安全系数来设置较低侧的预定参考电压。
然而如果上述安全系数太大，则即使电池组的实际剩余容量充分小，且充电不充分，设备也会判定，电池组充电已接近结束。结果，电池组的利用效率差。
另一方面，如果上述的安全系数太小，则即使电池组的充电已接近结束，并且充电充分，设备也会继续充电电池组。在这种情况下，电池组会由于它被维持于一种过度充电状态而损坏。
下面根据本发明描述电池容量预测方法的一个第二实施例，它也能消除上述的涉及电池组充电的不便之处。
图3示出一个根据本发明的电池组的第二实施例，和一个根据本发明的使用电池组的设备的第二实施例的一部分。这个设备使用根据本发明的电池容量预测方法的第二实施例。在图3中，那些和图2中相应部件相同的部件仍用相同的标号表示，并略去其描述。
在图3中，电池组1还装有一个开关40。此外，电路部分10A还装有电压比较器31至33，一个OR电路34，和由场效应晶体管(FET)构成的开关35和36。设备2还装有一个充电器51。过量放电预防电路是由电路部分10A的一部分和开关20组成的。另一方面，过量充电预防电路是由电路部分10A的一部分和开关40组成的。
电压比较器31至33，在相应电池单元E1至E3的输出电压变成大于一个不同于参考电压e1的参考电压时，输出一些高电平的信号。因此，当电压比较器31至33中的一个比较器输出一个高电平信号时，开关40就响应高电平信号而从OR电路34断开，以便从设备2断开电池组1。结果，当至少一个电池单元的输出电压变成大于过量充电极限电压时，电池组1就从设备2的充电器51断开，从而防止电池单元E1至E3过量充电。
电池组1的多路转换器19把来自电池单元E1至E3的各输出电压中的最低电压E(min)，通过开关35供给设备2的电压测量电路21。因此，电压测量电路21能够根据这个最低电压E(min)准确地预测电池组1的剩余容量，并且能够在必要时对用户输出一个报警信号。此外，电池组1的多路转换器19还把来自电池单元E1至E3的各输出电压中的最高电压E(max)，通过开关36供给设备2的电压测量电路21。这样，电压测量电路21就能够根据这个最高电压E(max)准确地预测电池组1的剩余容量，即电池组1的充电状态，并且能够判断是否充电电池组1。此外，电压测量电路21还能够在必要时输出一个报警信号，以便向用户发出是否充电电池组1的警报。
因此，本实施例能够准确地预测电池组1的剩余容量，并且根据这一预测来防止电池组的过量放电和过量充电。结果，可提高电池组1的利用效率，并且有效地延电池组1的合用寿命。
在从设备2切断电池组1以后，需要尽可能防止电池组1放电。因此，在本实施例中，开关35和36响应高电平信号而从OR电路14断开，以便在设备2从电池组1断开以后，把最低电压E(min)和最高电压E(max)分别设置为0V。结果，在从设备2切断电池组1之后，设备2的电压测量电路21和类似电路不会消耗电池组1的功率，并且把电池组1的放电抑制到极小。
图4至7分别是曲线图，说明本发明者进行的实验结果，用于研究电池单元E1至E3的容量上的不一致性。
图4是一个曲线图，说明放电结束电压放充电结束电压相对于电池单元E1至E3中每个单元的充电与放电周期数目的关系。在图4中，用三角形标记表示电池单元E1的输出电压，用正方形标记表示电池单元E2的输出电压，和用五边形标记表示电池单元E3的输出电压。在条件1C(＝2.5A)和恒定电流(8.5Vcut)情况下测量放电结束电压，并在条件1C(＝2.5A)直至12.3V和恒定电流与恒定电压(40mA或2.5hcut)情况下测量充电结束电压。
图5是一个曲线图，说明未用过的电池单元E1至E3的电池电压与放电时间的关系。在图5中，用细虚线表示电池单元E1的输出电压，用实线表示电池单元E2的输出电压，和用粗虚线表示电池单元E3的输出电压。在条件1C(＝2.5A)和恒定电流(8.5Vcut)的情况下测量放电，和在条件1C(＝2.5A)直至12.3V和恒定电流与恒定电压(40mA或2.5hcut)情况下测量充电。
图6是一个曲线图，说明经受300个充电与放电周期的电池单元E1至E3的电池电压与放电时间的关系。在图6中，用细虚线表示电池单元E1的输出电压，用实线表示电池单元E2的输出电压，和用粗虚线表示电池单元E3的输出电压。在条件1C(＝2.5A)和恒定电流(8.5Vcut)的情况下测量放电，并在条件1C(＝2.5A)直至12.3V和恒定电流与恒定电压(40mA或2.5hcut)的情况下测量充电。
图7是一个曲线图，说明经受500个充电与放电周期的电池单元E1至E3的电池电压与放电时间的关系。在图7中，用细虚线表示电池单元E1的输出电压，用实线表示电池电压E2的输出电压，和用粗虚线表示电池单元E3的输出电压。在条件1C(＝2.5A)和恒定电流(8.5Vcut)的情况下测量放电，并在条件1C(＝2.5A)直至12.3V和恒定电流与恒定电压(40mA或2.5hcut)的情况下测量充电。
从图4至图7可知，各个电池单元E1至E3的容量是不一致的，并且确认，电池单元E1至E3的容量相差10％量级的值是完全正常的。此外，还确认，随着电池组1的充电与放电周期数目的增加，各个电池单元E1至E3在容量上的差别会变得更大，因为各个电池单元E1至E3的恶化会引起容量上的不一致性。然而，根据本实施例确认，即使各个电池单元E1至E3在容量上存在上述的不一致性，设备2也能够根据最低电压E(min)和/或最高电压E(max)，准确地预测电池组1的剩余容量。根据上述的第一实施例，也确认有相同的情况。
设备2内的电压测量电路21，可通过例如组合一个已知的中央处理单元(cpu)一个存储器来构成。图8示出这种电压测量电路21的结构。在图8中，电压测量电路21包括一个cpu210和一个按图示连接的存储器211。存储器211存储数据和由cpu210执行的程序。cpu210从图3所示的电池组1接收最低电压E(min)和最高电压E(max)。
图9示出一个流程图，说明cpu210操作的一个实施例。在图9中，步骤S1决定设备2是否充电电池组1。当设备2充电电池组1时，通过一个已知的A.C.转接器(未示出)或类似转接器把功率从外电源(未示出)供给设备2。因此，cpu210能够根据一个指示A.C.转接器连接于设备2的检测信号Ex，判断是否设备2充电电池组1。
如果步骤S1的决定结果是NO(否)，则步骤S2测量最高电压E(max)和最低电压E(min)；并且步骤S3根据V＝E(max)-E(min)计算电压差V。步骤4决定电压差是否小于放电的过量放电下限电压VDCH；并且如果步骤4的决定结果是YES，则处理过程结束。另一方面，如果步骤4的决定结果是NO，则步骤S5判断电池组1的合用寿命已终了，并且处理过程结束。当步骤S5判断电池组1的合用寿命已终了时，CPU210就例如用一种已知的技术，对用户输出一个报警信号。
如果步骤S1的决定结果是YES(是)，则步骤6测量最高电压E(max)和最低电压E(min)；并且步骤7根据V＝E(max)-E(min)计算电压差V。步骤S8决定这个电压差V是否小于充电的过量充电上限电压VCHG；并且如果步骤S8的决定结果是YES，则处理过程结束。另一方面，如果步骤8的决定结果是NO，则步骤S5判断电池组1的合用寿命已终了，并且处理过程结束。当步骤5判断电池组1的合用寿命已终了时，CPU210就例如用一种已知的技术，对用户输出一个报警信号。
因此，设备2能够根据从电池组1接收的最低电压E(min)和最高电压E(max)，在放电与充电期间准确地判断电池组1的合用寿命。
图10示出一个流程图，说明CPU210操作的另一个实施例。在图10中，步骤S11测量从电池组1接收的最低电压E(min)，并且得出整个电池组1的输出电压E。在本实施例中，电池组1包括三个电池单元E1至E3，从而例如从E＝E(min)·3得出输出电压。步骤S12决定是否输出电压E大于或等于一个在电池剩余容量为100％时的电池电压V(100)。如果步骤S12的决定结果是YES，则步骤S13判断，电池组1的剩余容量是100％，并且处理过程结束。如果步骤S12的决定结果是NO，则步骤S14决定是否输出电压E大于或等于一个在剩余容量为90％时的电池电压V(90)。如果S14的决定结果是YES，则步骤S15判断，电池组1的剩余容量是90％，并且处理过程结束。如果步骤S14的决定结果是NO，则步骤S16决定是否输出电压E大于或等于一个在剩余容量为80％的电池电压V(80)。如果步骤S16的决定结果是YES，则步骤S17判断，电池组1的剩余容量是80％，并且处理过程结束。如果步骤S16的决定结果是NO，则执行类似的过程。最后，步骤S18决定是否输出电压E大于或等于一个在剩余容量为10％时的电池电压V(10)。如果步骤S18的决定结果是YES，则步骤S19判断，电池组1的剩余容量是10％，并且处理过程结束。如果步骤S18的决定结果是NO，则步骤S20判断，电池组1的剩余容量是0％，并且处理过程结束。
步骤S13、S15、S17、S19、S20等决定结果是通过例如利用一些已知的技术，由CPU210输出给用户的。此外，步骤S19、S20等决定结果可以是通过例如利用一些已知的技术，以报警信号的形式由CPU210输出给用户的。
在上述实施例中，为方便起见曾假定，电池组包含Li+电池单元。然而，本发明的应用当然不限于Li+电池单元。本发明可同样用于例NiMH电池。
此外，本发明不限于这些实施例，而可以在不违背本发明范围的情况下作出各种变更和修正。

Claims (28)

1.一种电池组的剩余容量的预测方法，用于在使用电池组的设备中对包含多个串联连接的电池单元的电池组，预测其剩余容量，其特征在于该方法包括下列步骤：
(a)比较各个电池单元(E1-E3)的当前输出电压；和
(b)根据从各电池单元的输出电压中经比较得到的最低电压和/或最高电压，预测电池组(1)的剩余容量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤(b)根据电池组放电期间的最低电压，预测电池组(1)的剩余容量。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的步骤(b)根据电池组充电期间的最高电压，预测电池组(1)的剩余容量。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤(b)根据最高电压与最低电压之间的差值，预测电池组(1)的剩余容量。
5.一种电池组，包含多个串联连接的电池单元，其特征在于装有：
过量放电和/或过量充电防止电路(11-14，20，31-34，40)，根据各电池单元的输出电压和固定的参考电压防止各电池单元的过量放电和/或过量充电；
比较电路(15-18)，比较各电池单元的当前输出电压；以及
输出电路(19)，将电池单元(E1-E3)的输出电压中经比较得到的最低电压和/或最高电压输出到所述电池组的外部，
其中所述过量放电和/或过量充电防止电路(11-14，20，31-34，40)包括：
切断电路(11-14，20)，在各电池单元的输出电压中至少一个电压变成小于或等于第一参考电压时，把输出到电池组(1)的外部的各电池单元(E1-E3)的输出电压的总和电压加以切断。
6.一种电池组，包含多个串联连接的电池单元，其特征在于装有：
过量放电和/或过量充电防止电路(11-14，20，31-34，40)，根据各电池单元的输出电压和固定的参考电压防止各电池单元的过量放电和/或过量充电；
比较电路(15-18)，比较各电池单元的当前输出电压；以及
输出电路(19)，将电池单元(E1-E3)的输出电压中经比较得到的最低电压和/或最高电压输出到所述电池组的外部，
其中所述过量放电和/或过量充电防止电路(11-14，20，31-34，40)包括：
切断电路(31-34，40)，在各电池单元的输出电压中的至少一个电压变成大于第二参考电压时，把输出到电池组(1)的外部的各电池单元(E1-E3)的输出电压的总和电压加以切断。
7.根据权利要求5所述的电池组，其特征在于，还包括：
最低电压和/或最高电压切断电路，响应于所述的切断电路(11-14，20)的切断操作，把输出到电池组外部的最低电压和/或最高电压加以切断。
8.一种电池组，包含多个串联连接的电池单元，其特征在于装有：
过量放电和/或过量充电防止电路(11-14，20，31-34，40)，根据各电池单元的输出电压和固定的参考电压防止各电池单元的过量放电和/或过量充电；
比较电路(15-18)，比较各电池单元的当前输出电压；以及
输出电路(19)，将电池单元(E1-E3)的输出电压中经比较得到的最低电压和/或最高电压输出到所述电池组的外部，
其中所述电池组还包括：
放电开关(20)，通过该放电开关电池单元向外部放电；且
所述过量放电和/或过量充电防止电路(11-14，20，31-34，40)包括切断电路(11-14)，当各电池单元的输出电压中的至少一个电压变成小于或等于第一参考电压时，断开所述放电开关(20)。
9.一种电池组，包含多个串联连接的电池单元，其特征在于装有：
过量放电和/或过量充电防止电路(11-14，20，31-34，40)，根据各电池单元的输出电压和固定的参考电压防止各电池单元的过量放电和/或过量充电；
比较电路(15-18)，比较各电池单元的当前输出电压；以及
输出电路(19)，将电池单元(E1-E3)的输出电压中经比较得到的最低电压和/或最高电压输出到所述电池组的外部，
其中所述电池组还包括：
充电开关(40)，通过该充电开关对电池单元充电；且
所述过量放电和/或过量充电防止电路(11-14，20，31-34，40)包括切断电路(31-34)，当各电池单元的输出电压中的至少一个电压变成大于或等于第二参考电压时，断开充电开关(40)。
10.根据权利要求8所述的电池组，其特征在于，还包括：
最低电压和/或最高电压切断电路，响应于所述的过量放电切断电路(11-14，20)的切断操作，把输出到电池组外部的最低电压和/或最高电压加以切断。
11.一种电池组，包含多个串联连接的电池单元，其特征在于装有：
过量放电和/或过量充电防止电路(11-14，20，31-34，40)，根据各电池单元的输出电压和固定的参考电压防止各电池单元的过量放电和/或过量充电；
比较电路(15-18)，比较各电池单元的当前输出电压；以及
输出电路(19)，将电池单元(E1-E3)的输出电压中经比较得到的最低电压和/或最高电压输出到所述电池组的外部，
其中所述过量放电防止电路(11-14，20)包括：
切断电路(11-14，20)，在各电池单元的输出电压中的至少一个电压变成小于或等于第一参考电压时，把输出到电池组(1)的外部的各电池单元(E1-E3)的输出电压的总和电压加以切断。
12.根据权利要求11所述的电池组，其特征在于，还包括：
最低电压和/或最高电压切断电路，响应于所述的过量放电切断电路(11-14，20)的切断操作，把输出到电池组外部的最低电压和/或最高电压加以切断。
13.一种电池组，包含多个串联连接的电池单元，其特征在于装有：
过量放电和/或过量充电防止电路(11-14，20，31-34，40)，根据各电池单元的输出电压和固定的参考电压防止各电池单元的过量放电和/或过量充电；
比较电路(15-18)，比较各电池单元的当前输出电压；以及
输出电路(19)，将电池单元(E1-E3)的输出电压中经比较得到的最低电压和/或最高电压输出到所述电池组的外部，
其中所述过量充电防止电路(31-34，40)包括：
切断电路(31-34，40)，当各电池单元的输出电压中的至少一个电压变成大于或等于第二参考电压时，把输出到电池组(1)的外部的各电池单元(E1-E3)的输出电压的总和电压加以切断。
14.一种电池组，包含多个串联连接的电池单元，其特征在于装有：
过量放电和/或过量充电防止电路(11-14，20，31-34，40)，根据各电池单元的输出电压和固定的参考电压防止各电池单元的过量放电和/或过量充电；
比较电路(15-18)，比较各电池单元的当前输出电压；以及
输出电路(19)，将电池单元(E1-E3)的输出电压中经比较得到的最低电压和/或最高电压输出到所述电池组的外部，
其中所述电池组还包括：
充电开关(40)，通过该充电开关对电池单元充电；且
所述过量充电防止电路(31-34，40)包括切断电路(31-34)，当各电池单元的至少一个输出电压变成大于或等于第二参考电压时，断开充电开关(40)。
15.一种用于预测包含多个串联连接的电池单元的电池组的剩余容量的设备，该设备包括用于把电池组与所述设备电连接的耦合装置，其特征在于还具有：
比较装置，用来比较各电池单元的当前输出电压；以及
预测装置(21)，用来根据从各电池单元的输出电压中经比较得到的最低电压和/或最高电压，预测电池组的剩余容量。
16.根据权利要求15所述的设备，其特征在于：所述的预测装置(21)根据电池组放电期间的最低电压，预测电池组的剩余容量。
17.根据权利要求15所述的设备，其特征在于：所述的预测装置(21)根据电池组充电期间的最高电压，预测电池组的剩余容量。
18.根据权利要求15所述的设备，其特征在于，所述的预测装置(21)根据最高电压与最低电压之间的差值，预测电池组的剩余容量。
19.根据权利要求15至18中任何一项所述的设备，其特征在于，所述的预测装置(21)根据预测的电池组的剩余容量，判断是否对电池组充电。
20.一种用于预测包含多个串联连接的电池单元的电池组的剩余容量的设备，其特征在于装有：
输出电路(10，10A)，输出各电池单元(E1-E3)的当前输出电压中的最低电压和/或最高电压；以及
预测装置(21)，用于根据所述最低电压和/或最高电压，预测电池组的剩余容量。
21.根据权利要求20所述的设备，其特征在于，所述的预测装置(21)根据电池组放电期间的最低电压，预测电池组的剩余容量。
22.根据权利要求20所述的设备，其特征在于，所述的预测装置(21)根据电池组充电期间的最高电压，预测电池组的剩余容量。
23.一种判断多单元电池的使用寿命的方法，该电池具有多个串联连接的电池单元，其特征在于：
检测各电池单元的输出电压，将检测到的输出电压相互比较，以从其中获得最低电压和最高电压；
基于最低电压和最高电压判断电池组的使用寿命。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于：基于所述最高电压和最低电压的差值判断电池组的使用寿命。
25.一种判断包含多个串联连接的电池单元的电池组的使用寿命的设备，该设备包括用于把电池组与所述设备电连接的耦合装置，其特征在于还具有：
判断装置，基于各电池单元的输出电压中的最高电压和最低电压判断电池组的使用寿命。
26.一种判断包含多个串联连接的电池单元的电池组的使用寿命的设备，其特征在于具有：
判断装置，基于各电池单元的输出电压中的最高电压和最低电压判断电池组的使用寿命。
27.一种判断包含多个串联连接的电池单元的电池组的使用寿命的设备，其特征在于具有：
比较装置，把各电池单元的输出电压相互比较，以从其中获得最低和最高电压；以及
判断装置，基于所述的最高电压和最低电压判断电池组的使用寿命。
28.根据权利要求25至27中任何一项所述的设备，其特征在于：所述判断装置基于所述最高电压和最低电压的差值判断电池单元的使用寿命。
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