CN101507081B - 操作电池以避免损害并最大化电池容量使用的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种用于终止电池放电以避免电池损害并最大化电池使用的方法，包括以下步骤：(a)确定电池容量(204)；(b)存储容量确定的容量结果(206)；(c)确定电池电压(208)；(d)在所监控的电池工作期间，在一时间间隔内对电池电流进行积分以确定在间隔时间结束时的积分的电荷值；(e)确定在该间隔时间结束时的现存放电深度；(f)如果现存放电深度不在最大放电深度的第一范围内且电池电压也不在最小电池电压的第二范围内，则执行步骤(d)-(f)；(h)如果现存放电深度在最大放电深度的第一范围之内或者如果电池电压在最小电池电压的第二范围之内(210，212，214)，则终止所监控的电池的工作(220)。

Description

操作电池以避免损害并最大化电池容量使用的方法和装置

技术领域

本发明一般涉及控制电池的操作以确保在损害电池前终止电池放电。

背景技术

已知在特定的充电状态或该状态之上必须进行电池的放电以避免损害电池。过去，用于确定是否终止电池放电的充电状态是基于固定电压确定的。然而，当负载施加到电池上时电池端电压包含两个因数：(1)根据电池的开路电压特性的固定电池电压值，和(2)由电池内的电流-电阻(IR)降所确定的电池的内部阻抗。固定电池端接电压不会反映由耦连到电池的负载引起的端电压的变化。而且，固定电池端接电压不会反映随电池老化而产生的电池内部电阻的变化。

为了描述目的，术语“寿命/使用期(age)”指电池已经经受的充电/放电循环数，而不是电池已经存在的按年代顺序排列的时间量。

对于新电池而言，与充电的开路状态相比，充电状态的差异随出现的充电电流的变化是小的。然而，随着电池老化，充电状态的差异显著增加，原因是电池的内部电阻随老化而增大。作为示例但不作为限制，在充电/放电300次循环后，锂离子电池的内部电阻可能会增大5倍。

未能考虑电池内的内部IR降随电池老化的变化以及只依赖电池的固定端接电压的有害结果是不能有效地利用电池操作。也就是，在固定端接电压下终止电池的放电可能留下未使用的许多电池容量。由于电池内部阻抗的增大，当电池的放电只根据固定的端接电压终止时高达30％的电池化学容量可能仍然可用。

需要一种用来控制电池放电的方法和装置以避免对电池的损害同时最大化电池容量的使用。

发明内容

一种用于终止电池放电以避免电池损害并最大化电池使用的方法，其包括以下步骤：(a)确定电池容量；(b)存储容量确定的容量结果；(c)确定电池电压；(d)在所监控的电池工作期间，在一时间间隔内对电池电流进行积分以确定在间隔时间结束时所积分的电荷值；(e)确定在该间隔时间结束时放电的现存深度；(f)如果放电的现存深度不在最大放电深度的第一范围内，电池电压也不在最小电池电压的第二范围内，则执行步骤(d)-(f)；(h)如果放电的现存深度在最大放电深度的第一范围之内，或者如果电池电压在最小电池电压的第二范围之内，则终止所监控的电池工作。

一种用于控制电池操作以终止电池放电来避免损害电池并基本最大化电池的化学容量使用的装置，其包括：(a)与所述电池耦连的处理和控制单元。所述处理和控制单元确定所述电池的第一放电深度，同时所述电池在开始第一电池操作之前处于松懈状态。所述处理和控制单元确定所述电池的第二放电深度，同时所述电池在完成所述第一电池操作之后处于松懈状态。(b)与所述电池和所述处理和控制单元耦连的第一测量单元。所述第一测量单元在所述第一电池操作期间确定来自所述电池的电流。(c)与所述电池和所述处理和控制单元耦连的第二测量单元。所述第二测量单元确定所述电池两端的电池电压。所述处理和控制单元使用所述第一放电深度、所述第二放电深度和所述电流来确定所述电池在完成所述第一电池操作后的最大化学容量。在所述第一电池操作之后的下一个电池操作期间，所述处理和控制单元在一段时间间隔内对来自所述电池的电流关于时间进行积分，以确定基本当所述间隔结束时在间隔时间末所积分的电荷值。所述处理和控制单元使用所述最大化学容量、所述积分的电荷值和所述第一放电深度来确定在所述间隔时间末的现存放电深度。如果所述现存放电深度不在预定的最大放电深度的第一预先确定范围内并且所述电池电压也不在预定的最小电压的第二预先确定范围内，则所述处理和控制单元与所述第一测量单元和第二测量单元合作以确定随后时间的随后放电深度。如果所述现存放电深度在预定的最大放电深度的第一预先确定范围内或者如果所述电池电压在预定的最小电压的第二预先确定范围内，则终止所述下一个电池操作。

因此，本发明的目的是提供一种用于控制电池放电的方法和装置以避免最大化电池容量使用的同时对电池造成损害。

附图说明

图1是电池内部阻抗作为频率的函数的图形表示，这种关系随电池的寿命变化。

图2是电池端电压作为电池容量的函数的图形表示，这种关系随电池的寿命变化。

图3是电池端电压作为电池对于第一放电速率的放电深度的函数的图形表示，该关系随电池的寿命变化。

图4是电池端电压作为电池对于第二放电速率的放电深度的函数的图形表示，该关系随电池的寿命变化，所述第二放电速率高于图3中所示的第一放电速率。

图5是电池端电压作为电池容量的函数的图形表示，说明有负载时电池的内部电阻对电池容量使用的影响。

图6是在对电池充电的第一电池操作期间电池端电压作为时间的函数的图形表示。

图7是在对电池放电的第二电池操作期间电池端电压作为时间的函数的图形表示。

图8是说明本发明的方法的流程图。

图9是说明本发明的装置的示意图。

具体实施方式

图1是电池内部阻抗作为频率的函数的图形表示，这种关系随电池的寿命变化。在图1中，图形表示10显示关于第一轴12上的阻抗Z(以欧姆表示)和关于第二轴14上的频率(以赫兹表示，Hz)的数据。所显示的数据排列在多条曲线20上。多条曲线20的范围从代表来自电池早期寿命(即，已经经受相对少的充电/放电循环)的数据的早期曲线22到代表来自电池晚期寿命(即，已经经受较多次的充电/放电循环)的数据的晚期曲线24。从图1中可以观察到在低频率时电池的内部阻抗Z随电池寿命的增加而增大。该结果是显著的，原因是电池通常用来给被供电(supplied)装置或主机装置比如膝上计算机或类似装置提供直流(DC)低频电力。

图2是电池端电压作为电池容量的函数的图形表示，这种关系随电池的寿命变化。在图2中，图形表示30显示关于第一轴32上的电压(单位为伏特，V)和关于第二轴34上的电池容量Q(单位为％)的数据。所显示的数据排列在多条曲线40上。多条曲线40的范围从代表电池早期寿命(即，已经经受较少的充电/放电循环)的数据的早期曲线42到代表电池晚期寿命(即，已经经受较多次的充电/放电循环)的数据的晚期曲线44。从图2中可观察到电池容量随电池寿命的增加而降低。其例如一般是锂离子电池，与单独由电池老化引起的化学容量的变化相比，由IR降随电池老化的增加而造成的容量损失对总电池容量有更大的影响。作为示例但不作为限制，在10小时放电速率下的锂离子电池的容量在100个循环内变化约6％。然而，如果去掉IR降的效应，则估计在100个循环的老化过程中，锂离子电池的容量仅变化3％。

图3是第一放电速率的电池端电压作为电池放电深度的函数的图形表示，这种关系随电池的寿命变化。在图3中，图形表示50显示关于第一轴52上的端电压(单位为伏特V)和关于第二轴54上的电池化学放电深度(DOD，单位为％)的数据。所表示的数据排列在多条曲线60上。多条曲线60包括表示来自新电池(即，还没有经受充电/放电循环)的数据的新电池曲线62、表示来自已经经受100个充电/放电循环的电池的数据的100周电池曲线64、表示来自已经经受200个充电/放电循环的电池的数据的200周电池曲线66和表示来自已经经受300个充电/放电循环的电池的数据的300周电池曲线68。在显示的端电压值为3伏特时，可以观察到新电池曲线62显示新电池具有的DOD为D1_NEW。端电压为3伏特时，100周电池曲线64显示寿命(时效已达)为100周/循环的电池的DOD为D1₁₀₀，且D1₁₀₀＜D1_NEW。端电压为3伏特时，200周电池曲线66显示寿命为200周的电池的DOD为D1₂₀₀，且D1₂₀₀＜D1₁₀₀。端电压为3伏特时，300周电池曲线68显示时效已达300周的电池的DOD为D1₃₀₀，且D1₃₀₀＜D1₂₀₀。因此，从图3可以观察到随着电池的寿命增加，电池的放电深度(DOD)受到影响从而导致可用容量的较少可用百分比。

图4是第二放电速率的电池端电压作为电池放电深度的函数的图形表示，这种关系随电池的寿命变化，其中第二放电速率大于图3所示的第一放电速度。在图4中，图形表示70显示关于第一轴72上的端电压(单位为伏特V)和关于第二轴74上的电池的化学放电深度(DOD，单位为％)的数据。所表示的数据排列在多条曲线80上。多条曲线80包括表示来自新电池(即，还没有经受充电/放电循环)的数据的新电池曲线82、表示来自已经经受100个充电/放电循环的电池的数据的100周电池曲线84、表示来自已经经受200个充电/放电循环的电池的数据的200周电池曲线86和表示来自已经经受300个充电/放电循环的电池的数据的300周电池曲线88。在显示的端电压值为3伏特时，可以观察到新电池曲线82显示新电池具有的DOD为D2_NEW。端电压为3伏特时，100周电池曲线84显示寿命为100周的电池的DOD为D2₁₀₀，且D2₁₀₀＜D2_NEW。端电压为3伏特时，200周电池曲线86显示寿命为200周的电池的DOD为D2₂₀₀，且D2₂₀₀＜D2₁₀₀。端电压为3伏特时，300周电池曲线88显示寿命为300周的电池的DOD为D2₃₀₀，且D2₃₀₀＜D2₂₀₀。因此，从图4可以观察到随着电池的寿命增加，电池的放电深度(DOD)受到影响而产生可用容量的较少可用百分比。

通过比较图3和图4，可以观察到作为示例而不是作为限制，对于所示的3伏特的端电压，D2_NEW＜D1_NEW，D2₁₀₀＜D1₁₀₀，D2₂₀₀＜D1₂₀₀且D2₃₀₀＜D1₃₀₀。这是因为图3相关的放电速率小于图4相关的放电速率。较高的放电速率(图4)导致电池中容量损失较大，其对每个给定的端电压和相似寿命由较小的DOD表示，如图3和图4所示的电池放电数据显示的。

图5是电池端电压作为电池容量的函数的图形表示，说明有负载时电池的内部电阻对电池容量使用的影响。在图5中，图形表示100显示在关于第一轴102上的端电压(单位为伏特V)和关于第二轴104上的电容容量(Q，单位为安培-小时，Ah)的数据。曲线110表示在开路电压(OCV)条件下电池的端电压作为电池容量的函数。曲线112表示有负载时(即，有负载施加到电池两端)电池的端电压作为电池电压的函数。

在OCV条件下(曲线110)，电池终端/两端上没有负载。随着时间逝去而不影响任何电池操作时，容量损失且端电压下降。如果允许电池容量太低(也就是，如果允许电池完全放电)，则存在损害电池的危险，并且电池制造商通常公布或以其它方式确立一个推荐的端接电压V_TERM，在该端接电压之下，电池将不会被操作。端接电压V_TERM下存在的容量是一个通常被认可的电池的最大容量Q_MAX值。与电池两端施加有负载的情况相比，电池内的内部阻抗使IR(电流-电阻)损失，使得与OCV条件相比(曲线110)电池更快速地被放电。在电池有负载时(曲线112)，端接电压V_TERM下存在的容量是电池经受的有负载条件下的可用容量Q_USE。可用容量Q_USE与最大容量Q_MAX相比，是一个较小的容量。在端接电压V_TERM下，电池可用的未使用的容量Q_AVIL等于：

Q_AVIL＝Q_MAX-Q_USE              [1]

当电池状况随着寿命变化时(关于图1-图4讨论的)，曲线110和曲线112之间的差Δ(差Δ与电池内的内部阻抗损失(IR)直接成比例)会加宽，原因是与寿命影响电池的OCV性能相比，电池的老化更能影响电池的内部阻抗。当差Δ增加时，端接电压V_TERM达到仍低于Q_USE容量的一个容量。结果是当电池老化时将损失更大的可用容量Q_AVIL。

实际情况是，主机设备工作于最小电压V_MIN或最小电压之上。也就是，存在最小电压V_MIN，在该电压下设备不工作。通常最小电压V_MIN小于由电池制造商推荐的用来终止电池放电的端接电压V_TERM。

为了管理操作主机设备的电池的使用以识别电池老化的效应/影响，人们应该操作电池以使电池持续放电，只要电池的端电压不低于主机设备的最小电压V_MIN，并且只要不超过最大容量Q_MAX。以这种方式，人们可以使用电池安全地操作主机设备而不必冒电池过度放电的危险。使用这种电池操作管理方法将电池中可用但未被使用的容量Q_AVIL减少到：

Q_AVIL＝Q_MAX-Q_REV           [2]

对图5的检查揭示了当管理靠电池工作的设备的工作以识别电池中的老化效应时，较少的容量未被使用并因此被浪费，如上所述。用于操作电池的这种改进方法的一个实际优势是增加了运行时间，原因是主机设备在达到端接电压V_TERM后可以继续运行，从而使用现有管理技术不会被使用的容量以终止电池的放电。

图1-图5所示的图形表示是数据的表示。重要的是记住所显示的数据可以使用其它格式和方法提供。作为例子而不是作为限制，关于图1-图5的主题的数据可被保存并用于不同的放电速率、不同的寿命和不同的端电压。作为进一步的例子而不是作为限制，这些数据可以以一系列表或一系列图表来排列；这些数据可以使用多维矩阵或其它存储-访问配置被存储和访问。

图6是在给电池充电的第一电池操作期间电池端电压作为时间的函数的图形表示。在图6中，图形表示120显示关于第一轴122上的端电压(单位为伏特)和关于第二轴124上的时间的数据。所示的数据排列在曲线130上。对电池放电的电池操作发生在时刻t₀和t₁之间以将电池从电压水平V₄放电到电压水平V₀。在时刻t₁电池操作终止之后，端电压从电压水平V₀恢复到电压水平V₁。充电操作在时刻t₂开始，将端电压提升到电压水平V₃，且充电在时刻t₃终止。t₃后一些时间电压稳定在较低的电压水平V₂。在时刻t₁之后、时刻t₂之前的一段时间电池处于松懈状态。在时刻t₃之后并在开始随后的操作之前(图6中未示出)，电池也处于松懈状态。在完成放电操作之后达到松懈状态的稳定时间Δ₁和完成充电操作之后达到松懈状态的稳定时间Δ₂可能是相当长，有时为500秒的量级。稳定时间Δ₁，Δ₂在持续过程中不一定是相等的。

使用存储的或其它可访问的数据，人们可以根据开路测量值测量或以其它方式确定电池容量，此时电池处于松懈状态以建定第一容量确定。这种容量确定在时刻t₁+Δ₁和在开始电池操作(诸如电池充电)之前的时刻t₂之间的间隔期间可以被实现。使用相似的数据，人们可以根据开路测量值测量或以其它方式确定电池容量以在电池操作之后的时刻t₃+Δ₂之后实现第二容量确定。可以根据电池操作前的第一放电深度(DOD)和电池操作之后的第二DOD建立第一和第二容量确定。为了描述目的，当电池已经从任何先前的电池操作比如充电操作或放电操作稳定下来之后，电池处于松懈状态。

可以在第一容量确定和第二容量确定之间的间隔中根据电荷和电流之间的关系对通过电池的电流进行积分以确定该间隔中使用的电荷量：

$Q=\underset{0}{\overset{t}{\∫}}i\left(t\right)\mathrm{dt}---\left[3\right]$

这里，Q是电荷，i是电流，t是电流的时间。

可以采用第一和第二DOD值和电池电流来确定电池在电池操作比如在图6所示的时间间隔t₂-t₃期间的充电操作之后的化学容量。关于图1-图5描述的那些数据可以被有利地用来确定第一和第二DOD值。

知道最大容量Q_MAX值使得可以获得在放电期间任何时刻的放电深度(DOD)值。在充电或放电操作前，首先确定DOD的初始值(DOD₀)。初始值DOD₀可能已经在先前的充电或放电操作期间从先前确定中被存储。获得初始值DOD₀的另一种方法是确定开路电压(OCV₀)并采用预先确定或预定的关系：

DOD＝f(OCV，T)    [4]

其中，OCV是开路电压；且

T是温度。

为了获得放电深度的初始值DOD₀。当充电操作或放电操作开始时，电流被积分以提供流过的电荷量(Q_PASS)。在充电或放电期间使用以下关系式可以确定任何时刻的当前现存DOD：

$\mathrm{DOD}={\mathrm{DOD}}_0+\frac{Q_{\mathrm{PASS}}}{Q_{\mathrm{MAX}}}---\left[5\right]$

当DOD变成低于零时(或低于另一预先确定的值)或如果电池端电压变成低于为由电池供电的主机设备确立的最小电压V_MIN时，则应该终止电池的放电以避免由于对电池过度放电而损坏电池。最小电压V_MIN是由主机设备在低电压下工作的能力确立的。

可替代地，可以根据以下关系式确定能从当前现存的电池状态(即，剩余容量；Q_REM)放电的最大电荷量：

Q_REM＝(1-DOD₀)·Q_MAX               [6]

当放电操作开始时，流过的电荷量Q_PASS与剩余电荷Q_REM进行比较。当Q_PASS＞Q_REM时，或者当端电压低于为由电池供电的主机设备所建立的最小电压V_MIN时，可以终止放电。

用来控制电池放电的这种方法允许一达到带电设备(即，使用电池供电的主机设备)的最小工作电压要求或达到制造商推荐的端接电压(无论先达到哪个电压)时就终止电池放电。以这种方式，由于过度放电对电池造成的损害被避免，且不牺牲可用的电池容量。有益结果是电池运行时间增加，对较老的电池尤为如此。

图7是在电池放电的第二电池操作期间电池的端电压作为时间的函数的图形表示。在图7中，图形表示140显示关于第一轴142上的端电压(单位为伏特)和关于第二轴144上的时间的数据。所示的数据排列在曲线150上。对电池放电的第一电池操作发生在时刻t₀和时刻t₁之间以将电池从电压水平V₅放电到电压水平V₃。当第一电池操作在时刻t₁终止后，端电压从电压水平V₃恢复到电压水平V₄。对电池放电的第二电池操作在时刻t₂开始，该操作将端电压降低到电压水平V₁。当第二电池操作在时刻t₃终止之后，端电压从电压水平V₁恢复到电压水平V₂。在时刻t₁之后和时刻t₂之前的一些时间电池处于松懈状态。在时刻t₃之后和开始随后的操作之前(图7中未显示)的一些时间电池也处于松懈状态。完成第一电池操作之后达到松懈状态的稳定时间Δ₁和完成第二电池操作之后达到松懈状态的稳定时间Δ₂可能相当长，有时数量级为500秒。稳定时间Δ₁，Δ₂在持续过程中不一定相等。

使用存储的或其它可访问的数据，人们可以根据开路测量值测量或以其它方式确定电池容量，此时电池处于松懈状态以在时刻t₁+Δ₁和开始电池操作(诸如第二电池操作)之前的时刻t₂之间的间隔中确定第一容量确定。使用相似的数据，人们可以根据开路测量值测量或以其它方式确定电池容量以在第二电池操作后的时刻t₃+Δ₂之后建立第二容量确定。可以根据电池操作前的第一放电深度(DOD)和电池操作之后的第二DOD建立第一和第二容量确定。为了描述目的，当电池已经从任何先前的电池操作比如充电操作或放电操作稳定下来后，电池处于松懈状态。

人们可以在第一容量确定和第二容量确定之间的间隔中根据以上关于表达式[3]描述的电荷和电流之间的关系对通过电池的电流进行积分以确定该间隔中使用的电荷量。

可以采用第一和第二DOD值和电池电流来确定在电池操作比如在图7所示的时间间隔t₂-t₃期间的放电操作之后电池的化学容量。关于图1-图5描述的那些数据可以被有利地用来确定第一和第二DOD值。

知道最大容量Q_MAX值使得可以获得在放电期间任何时刻的放电深度(DOD)值。首先在充电或放电操作之前确定DOD的初始值(DOD₀)。初始值DOD₀可能已经在先前的充电或放电操作期间的先前确定中被存储。获得初始值DOD₀的另一种方法是确定开路电压(OCV₀)并采用以上在表达式[4]中列出的预先确定或预定的关系以获得放电深度的初始值DOD₀。当充电操作或放电操作开始时，电流被积分以提供流过的电荷量(Q_PASS)。使用以上表达式[5]中列出的关系式，可以在充电或放电期间的任何时刻确定当前现存的DOD。

当DOD变成低于零时(或低于另一预先确定的值)或如果电池端电压变成低于为由电池供电的主机设备建立的最小电压V_MIN时，则应该终止电池的放电以避免由于对电池过度放电而损坏电池。最小电压V_MIN是由主机设备在低电压下工作的能力建立的。

可替代地，可以根据以上表达式[6]中列出的关系式确定从当前现存的电池状态(即，剩余容量；Q_REM)能放电的最大电荷量。

当放电操作开始时，流过的电荷量Q_PASS与剩余电荷Q_REM进行比较。当Q_PASS≥Q_REM时，或者当端电压低于为由电池供电的主机设备建立的最小电压V_MIN时，可以终止放电。

用来控制电池放电的这种方法允许一达到带电设备(即，使用电池供电的主机设备)的最小工作电压要求或达到制造商推荐的端接电压(无论先达到哪个电压)时就终止电池放电。以这种方式，由于过度放电对电池造成的损害被避免，且不牺牲可用的电池容量。有益结果是电池运行时间增加，对较老的电池尤为如此。

图8是说明本发明的方法的流程图。在图8中，一种用于实现终止电池放电以避免损害电池并基本最大化电池容量使用的方法200在起点202开始。方法200通过周期地实现电池容量的确定而继续，如块204表示的。周期性确定是在电池的不同寿命上实现的。

方法200通过存储表示容量的周期性确定的至少一个最近容量结果的数值而继续，如块206显示的。方法200进一步通过确定从电池引出的电池电压而继续，如块208显示的。方法200继续下列步骤，无特定顺序：(1)将最近的容量结果和预先确定的电池容量值进行比较，如块210显示的；和(2)将电池电压和预先确定的电池电压值进行比较，如块212显示的。

方法200接着进行查询最近的容量结果是否在预先确定的电池容量值的第一预先确定范围内或电池电压是否在预先确定的电池电压值的第二预先确定范围内的，如查询块214显示的。如果最近的容量结果不在预先确定的电池容量值的第一预先确定范围内而电池电压也不在预先确定的电池电压值的第二预先确定范围内，则方法200通过否(NO)响应线进行到再次确定电池电压，如块208显示的。方法200然后进行到再次执行块208，210，214所示的步骤。如果最近的容量结果在预先确定的电池容量值的第一预先确定范围内或者如果电池电压在预先确定的电池电压值的第二预先确定范围内，则方法200通过是(YES)响应线218进行，且方法200之后终止电池的放电，如块220显示的。方法200在终点222终止。

图9是说明本发明的装置的示意图。在图9中，装置300控制电池302的操作以给负载304提供电力。处理和控制单元306控制终止电池302的放电以避免对电池302的损害并基本最大化电池302的化学容量的使用。处理和控制单元306与电池302耦连。处理和控制单元306确定电池302的第一放电深度，同时在开始第一电池操作之前电池处于松懈状态。处理和控制单元306确定电池302的第二放电深度，而电池302在完成第一电池操作之后处于松懈状态。

第一测量单元308与电池302耦连，并与处理和控制单元306耦连。第一测量单元308在第一电池操作期间确定来自电池302的电流。第二测量单元310与电池302耦连，并与处理和控制单元306耦连。第二测量单元310确定电池302两端的电池电压或端电压。处理和控制单元306使用第一放电深度、第二放电深度和电流来确定完成第一电池操作之后电池302的最大化学容量。

如果电池302的最大化学容量不在化学容量值的第一预先确定范围内且电池302的端电压也不在电压值的第二预先确定范围内，则处理和控制单元306与测量单元308，310合作以确定完成下一个电池操作之后电池302的最大化学容量。

如果电池302的最大化学容量在化学容量值的第一预先确定范围内或者如果电池302的端电压在电压值的第二预先确定范围内，则处理和控制单元306终止电池的放电。

处理和控制单元306可以包括耦连以控制开关单元314的处理单元312。开关单元响应由处理单元312提供的信号以打开或闭合电池302和负载304之间的连接。

处理和控制单元306可以通过参考将放电深度和与电池302的操作相关的至少一个可测量参数关联的预先建立的数据来实现确定电池302的第一放电深度和第二放电深度中的至少一个。作为示例而不作为限制，所查询的数据可以存储在与处理单元312耦连或以其它方式与处理单元312关联的存储器存储元件(图9未示出)中。作为进一步的示例而不作为限制，与电池302的操作相关的可测量参数可以包括电池302的端电压或电池电压及寿命。作为再进一步的示例而不作为限制，预先建立的数据可以将电池302的放电深度和电池302的各个寿命的电池302的电池电压关联。作为另一个示例而不作为限制，预先确定的数据可以体现在将电池302的放电深度和电池302的各个寿命的电池电压关联的一系列数据表示中。

重要的是本发明的方法和装置监控电池的现存容量并将现存容量和主机设备的最大容量参数Q_MAX及最小工作电压V_MIN实时进行比较的能力。本发明的装置和方法可以被采用，而不必考虑电池寿命对电池的内部电阻的影响以及内部电阻的变化对电池放电速率的影响。本发明的装置和方法可以作为一种安全的测量法而被采用以确保一旦满足以下预先确定的条件中的一个条件时不再继续电池的放电：(1)达到最大容量Q_MAX或(2)达到最小电压V_MIN。不存在任何实现气体压力计功能的功能性，诸如指示剩余容量或指示剩余运行时间。因为在本发明中不提供这种预测功能，所以不用确定当前现存容量的实际值的实际认知。达到最大容量Q_MAX或达到最小电压V_MIN的时刻被观察并用来确定何时终止电池的放电。

本发明涉及领域的技术人员会认识到前述例子只是出于说明目的而给出的，可以对其进行增加，删除，替代和修改，并且可以实施其它的实施例，而不偏离本发明所要求保护的范围。

Claims (12)

1.一种操作电池以终止所述电池放电来避免损害所述电池并基本最大化所述电池的化学容量使用的方法，所述方法包括以下步骤：

(a)确定所述电池的第一放电深度，同时在开始第一电池操作之前所述电池处于松懈状态；

(b)在所述第一电池操作期间，确定来自所述电池的电流；

(c)确定所述电池的第二放电深度，同时在完成所述第一电池操作之后所述电池处于松懈状态；

(d)确定所述电池两端的电池电压；

(e)使用所述第一放电深度、所述第二放电深度和所述电流来确定所述第一电池操作完成之后所述电池的最大化学容量；

(f)在所述第一电池操作之后的下一个电池操作期间，在一段时间间隔中对来自所述电池的电流关于时间进行积分，以确定基本上当所述间隔结束时在间隔时间末积分的电荷值；

(g)使用所述最大化学容量、所述积分的电荷值和所述第一放电深度来确定在所述间隔时间末的现存放电深度；

如果所述现存放电深度不在预定最大放电深度的第一预先确定范围内且所述电池电压也不在预定最小电压的第二预先确定范围内，则执行步骤(f)-(g)；

如果所述现存放电深度在预定最大放电深度的第一预先确定范围内或者如果所述电池电压在预定最小电压的第二预先确定范围内，则终止所述下一个电池操作。

2.根据权利要求1所述的操作电池以终止所述电池放电来避免损害所述电池并基本最大化所述电池的化学容量使用的方法，其中所述确定所述第一放电深度和所述第二放电深度中的至少一个是通过参考预先建立的数据实现的，该数据将放电深度和与所述电池的操作相关的至少一个可测量参数关联。

3.根据权利要求2所述的操作电池以终止所述电池放电来避免损害所述电池并基本最大化所述电池的化学容量使用的方法，其中所述至少一个可测量参数是所述电池电压和所述电池的寿命。

4.根据权利要求3所述的操作电池以终止所述电池放电来避免损害所述电池并基本最大化所述电池的化学容量使用的方法，其中所述预先建立的数据将所述电池的放电深度和针对所述电池的各种寿命的所述电池电压关联。

5.根据权利要求4所述的操作电池以终止所述电池放电来避免损害所述电池并基本最大化所述电池的化学容量使用的方法，其中所述预先建立的数据体现在将所述电池的放电深度和针对所述电池的各种寿命的所述电池电压关联的一系列图形表示上。

6.根据权利要求4所述的操作电池以终止所述电池放电来避免损害所述电池并基本最大化所述电池的化学容量使用的方法，其中所述预先建立的数据体现在将所述电池的放电深度和针对所述电池的各种寿命的所述电池电压关联的一系列数据表示上。

7.一种实现终止电池放电以避免损害所述电池并基本最大化所述电池的容量使用的方法，所述方法包括以下步骤：

(a)周期性地实现所述电池的容量确定；所述周期性确定是在所述电池的不同寿命实现的；

(b)存储表示所述容量的所述周期性确定的至少一个最近容量结果的值；

(c)确定从所述电池引出的电池电压；

(d)在受监控的电池操作期间，在一段时间间隔中对来自所述电池的电流关于时间进行积分，以确定基本当所述间隔结束时在间隔时间末的积分的电荷值；

(e)确定在所述间隔时间末的现存放电深度；以无特定顺序进行：

(1)将所述现存放电深度和最大放电深度的预先确定值进行比较；以及

(2)将所述电池电压和电池电压的预先确定值进行比较；

(f)如果所述现存放电深度不在所述最大放电深度的预先确定值的第一预先确定范围内且所述电池电压也不在所述电池电压的预先确定值的第二预先确定范围内，则执行步骤(d)-(f)；

如果所述现存放电深度在所述最大放电深度的预先确定值的第一预先确定范围内或者如果所述电池电压在所述电池电压的预先确定值的第二预先确定范围内，则终止所述受监控的电池操作。

8.一种控制电池操作以终止所述电池放电来避免损害所述电池并使所述电池的化学容量的使用基本最大化的装置；所述装置包括：

与所述电池耦连的处理和控制单元；所述处理和控制单元确定所述电池的第一放电深度，同时在开始第一电池操作之前所述电池处于松懈状态；所述处理和控制单元确定所述电池的第二放电深度，同时在完成所述第一电池操作之后所述电池处于松懈状态；

与所述电池以及与所述处理和控制单元耦连的第一测量单元；所述第一测量单元在所述第一电池操作期间确定来自所述电池的电流；

与所述电池以及与所述处理和控制单元耦连的第二测量单元；所述第二测量单元确定所述电池两端的电池电压；

所述处理和控制单元使用所述第一放电深度、所述第二放电深度和所述电流来确定在完成所述第一电池操作之后所述电池的最大化学容量；在所述第一电池操作之后的下一个电池操作期间，所述处理和控制单元在一段时间间隔内对来自所述电池的电流关于时间积分，以确定基本当所述间隔结束时在间隔时间末的积分的电荷值；所述处理和控制单元使用所述最大化学容量、所述积分的电荷值和所述第一放电深度来确定在所述间隔时间末的现存放电深度；如果所述现存放电深度不在预定最大放电深度的第一预先确定范围内且所述电池电压也不在预定最小电压的第二预先确定范围内，则所述处理和控制单元与所述第一测量单元和第二测量单元合作以确定随后时间的随后放电深度；如果所述现存放电深度在预定最大放电深度的第一预先确定范围内或者所述电池电压在预定最小电压的第二预先确定范围内，则终止所述下一个电池操作。

9.根据权利要求8所述的控制电池操作以终止所述电池放电来避免损害所述电池并使所述电池的化学容量的使用基本最大化的装置，其中所述处理和控制单元通过参考将与所述电池操作相关的至少一个可测量参数和放电深度关联的预先建立的数据实现所述确定所述第一放电深度和所述第二放电深度中的至少一个。

10.根据权利要求9所述的控制电池操作以终止所述电池放电来避免损害所述电池并使所述电池的化学容量的使用基本最大化的装置，其中所述至少一个可测量参数是所述电池电压和所述电池的寿命。

11.根据权利要求10所述的控制电池操作以终止所述电池放电来避免损害所述电池并使所述电池的化学容量的使用基本最大化的装置，其中所述预先建立的数据将所述电池的放电深度和针对所述电池的各种寿命的所述电池电压关联。

12.根据权利要求11所述的控制电池操作以终止所述电池放电来避免损害所述电池并使所述电池的化学容量的使用基本最大化的装置，其中所述预先建立的数据体现在将所述电池的放电深度和针对所述电池的各种寿命的所述电池电压关联的一系列数据表示上。

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