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监视具有多种参数更新速率的可再充电电池

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CN103038657B
CN103038657B CN 201180037151 CN201180037151A CN103038657B CN 103038657 B CN103038657 B CN 103038657B CN 201180037151 CN201180037151 CN 201180037151 CN 201180037151 A CN201180037151 A CN 201180037151A CN 103038657 B CN103038657 B CN 103038657B
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叶夫根·P·巴尔苏科夫
金荣·钱
彼得·丰达罗
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德州仪器公司
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Abstract

监视可再充电电池的状态涉及:在所述电池的放电期间重复地获得与所述电池相关的至少一个所测量值(192);在所述电池的放电期间基于所述电池的先前所计算的状态、所述所测量值及所述电池的至少一个参数而重复地计算所述电池的所述状态(204);在所述电池的所述状态超过阈值之前,以第一速率更新所述电池的所述参数(206);在所述电池的所述状态超过所述阈值之后,以比所述第一速率快的第二速率更新所述电池的所述参数(214);及响应于所述参数的每一更新而校正所述电池的所述状态(208)。

Description

监视具有多种参数更新速率的可再充电电池

技术领域

[0001] 本发明涉及用于监视电池的状态的方法及设备。

背景技术

[0002] 在充电或放电期间对可再充电电池的恰当控制取决于对所述电池的目前状态的准确估计,其表达为充电状态(或相反地放电深度-D0D)或剩余容量或剩余使用时间或其它适当数量。对电池的状态的不准确估计可能导致对电池的损坏、对电池操作的主机装置中的周围电路的损坏、对主机装置的用户的伤害、主机装置中的数据的丢失及/或对电池的非常低效的使用以及其它潜在问题。

[0003] 电池状态估计通常随主机装置或电池组中的电池燃料(气体)计电路而变。典型的电池燃料计需要全充电与放电循环来更新电池放电容量,此在“真正”应用的情况下很少发生,因此经常发生计示错误。如果电池燃料计电路为不准确的,那么其可能高估或低估电池的剩余容量(例如,以毫安小时为单位或以充电状态百分比-soc计)。在整个电池使用寿命中且在温度及使用负载分布曲线内提供准确剩余容量信息通常为被低估的挑战,这主要是因为电池的可使用容量随其放电率、温度、老化及自放电而变。事实上,开发用以准确地对电池的自放电及老化对容量的影响进行建模的算法几乎不可能。

[0004] 如果电池燃料计电路显著高估电池的剩余容量,那么当事实上电池不具有剩余容量时电池燃料计电路可指示电池具有相当大量的剩余容量。在此情况中,电池可能继续放电直到其不再产生主机装置的恰当运行所必需的最小电压为止。主机装置接着将在无警示的情况下停机或停止工作,借此丢失(或毁坏)装置的存储器中的任何数据。此数据丢失对于装置的用户来说可能为灾难性的。因此,防止数据丢失是电池燃料计电路的用途之一。

[0005] 另一方面,如果电池燃料计电路显著低估电池的剩余容量,那么当电池实际上仍具有相当大量的可用电荷时电池燃料计电路可指示零剩余容量。然而,在此情况中电池燃料计电路将致使主机装置引起受控制系统停机以便防止数据丢失,即时数据丢失的风险事实上并非紧急的。在此情况中不会发生损坏或数据丢失,但主机装置的用户会因装置的过早停机而不必要地感到不便且可能被误导成认为电池或主机装置未达到预期地运行。

[0006] 主机装置的制造者可选择在装置中并入较大的较高容量电池以便补偿不准确电池燃料计电路,借此确保足够长的电池运行时间。然而,电池操作的主机装置通常既定为相对小型且轻量的;而此解决方案会增加装置的大小及重量(及通常成本)。或者,制造者可选择在主机装置中并入“优质”电池(容量较高而大小较小)。然而,此些优质电池相对昂贵,此为非常显著的问题,因为电池通常已表示主机装置的总体成本的显著部分(例如,三分之一 )Ο

[0007] 为了补偿剩余电池容量的潜在高估,主机装置的制造者可选择将电池燃料计电路设计为在电池仍具有显著容量时就指示零剩余电池容量,借此维持电池容量的一部分作为故障保险储备。换句话说,依据设计,电池燃料计电路可有意地低估实际电池容量以便防止高估错误及灾难性数据丢失或毁坏。然而,如果电池燃料计电路相对不准确,那么不可能预测何时其将高估电池容量及何时其将低估电池容量。因此,当电池燃料计电路的不准确度致使其低估电池容量时,设计好的低估将仅仅加剧问题,从而导致非常低效的电池使用。

[0008] 为了减轻这些问题,电池燃料计电路必须尽可能准确。电池燃料计电路的准确度通常取决于用于估计电池的状态的参数的准确度。此些参数通常包含电池的内部电阻(或阻抗)、电池的开路电压(0CV)及电池的最大充电容量以及其它潜在参数。这些参数与电池的状态之间的关系为循环的,因为不仅对电池的状态的估计取决于这些参数,而且这些参数也取决于电池的实际状态。举例来说,存在递归循环,其中需要内部电池电阻(或阻抗)来获得0CV,需要0CV来获得D0D (或S0C),且需要D0D来获得内部电池电阻,依次类推。

[0009] 换句话说,随着电池的状态改变(由于充电或放电或由于闲置时间),所述参数改变。另外,随着电池老化(通常由电池已经历的充电与放电循环的数目确定),这些参数及这些参数与电池的状态之间的关系进一步改变。因此,可有必要周期性地更新所述参数以便重新估计电池的状态,使得将终止放电(且主机装置优雅地停机)的所估计点接近于实际所要点。(前述相关专利描述涉及更新各种参数及估计电池的状态的多种技术及设备。)以此方式,对电池的最高效使用是在不冒数据丢失的风险的情况下实现的。

[0010]由于以下事实而在参数更新的频率与总体电池性能之间存在折衷:电池燃料计电路的操作必定消耗电池容量的一部分。因此,参数的较频繁更新将消耗较多的电池容量,从而明显降低可用于主机装置的操作的电池容量且使得看似电池过快地放电。换句话说,必须对照对长电池放电时间的需要来平衡对更新电池的参数的需要。

[0011] 为了确保长电池放电时间,电池燃料计电路通常尽可能稀少地更新参数。在图1中以电池端子电压对剩余容量(以毫安小时为单位)曲线图102及104来图解说明此做法的典型结果。曲线图102描绘电池的实例性电压对真正剩余容量。曲线图104展示电池的实例性电压对所估计剩余容量。另外,展示在其处保持零容量的点106。还展示终止电池的放电时的电压(放电结束电压-EDV)。

[0012] 真正剩余容量曲线图102表示通常在实验室中确定以便断定受测试电池相对于其端子电压的实际剩余容量的实例。所估计容量曲线图104表示可根据基于在主机装置中电池的操作期间测量的端子电压、放电电流及温度的值计算剩余容量而获得的实例。因此,所估计容量曲线图104包含更新用于计算剩余容量的参数的更新点108,如上文所大体描述。在整个放电循环中,更新点108通常以规则的时间间隔(例如,如由S0C(或D0D)的百分比界定)出现。然而,仅在曲线图104上指示更新点108中的最后四者。

[0013] 在中间的两个更新点108处,更新导致对所估计剩余容量的实质性校正,如可由曲线图104在这两个点处的突然向右水平斜率看出。在到达最后更新点108(曲线图104的最低点)之前,所估计容量显现为负的,即,在零剩余容量点106左边。换句话说,此实例中的电池燃料计电路将在最后更新之前超过其停机点,从而使最后更新点108太晚以致不能防止过早停机。

发明内容

[0014] 在本发明的一个方面中,提供一种用于监视电池的状态的方法。在所述电池的放电期间重复地获得与所述电池相关的至少一个所测量值。在所述电池的放电期间基于所述电池的先前所计算的状态、所述所测量值及所述电池的至少一个参数而重复地计算所述电池的所述状态。在所述电池的所述状态超过阈值之前,以第一速率更新所述电池的所述参数。在所述电池的所述状态超过所述阈值之后,以比所述第一速率快的第二速率更新所述电池的所述参数。响应于所述参数的每一更新而校正所述电池的所述状态。

[0015] 在本发明的另一方面中,提供一种用于监视电池的状态的电池计电路。所述电路包含:至少一个输入,在所述电池的放电期间在所述至少一个输入处接收与所述电池相关的数据;及处理器,其经电连接以接收所述数据。所述处理器执行指令,其中所述处理器:基于所述数据、所述电池的至少一个参数及所述电池的先前所修正的状态而重复地修正所述电池的所述状态;在所述电池的所述状态超过阈值之前,以第一速率更新所述参数;在所述电池的所述状态超过所述阈值之后,以比所述第一速率快的第二速率更新所述参数;及响应于所述参数的每一更新而校正所述电池的所述状态。

附图说明

[0016] 参考附图,根据对实例性实施例的描述,其它方面及特征将变得显而易见,附图中:

[0017]图1是可再充电电池的端子电压对剩余容量关系的简化曲线图的现有技术实例。

[0018]图2是根据本发明的实施例的原理的电池供电装置的简化示意图。

[0019]图3是根据本发明的实施例的供在图2中所展示的电池供电装置中使用的电池组的简化示意图。

[0020]图4是根据本发明的实施例的供在图2中所展示的电池供电装置中使用的可再充电电池的电压对容量关系的简化曲线图。

[0021]图5是根据本发明的实施例的供在图2中所展示的电池供电装置中使用的可再充电电池的电阻缩放因子对充电状态关系的简化曲线图。

[0022]图6是根据本发明的实施例的供在图2中所展示的电池供电装置中使用的可再充电电池的电阻对充电状态关系的简化曲线图。

[0023]图7是根据本发明的实施例的供在图2中所展示的电池供电装置中使用的可再充电电池的端子电压对剩余容量关系的简化曲线图。

[0024]图8是根据本发明的实施例的供在图2中所展示的电池供电装置中使用的用于监视电池的状态的程序的简化流程图。

具体实施方式

[0025] 图2及3中分别展示主机电池供电电子装置110 (例如,蜂窝电话/无绳电话、便携式计算机、手持式游戏装置等)及电池组112(供在主机装置110中使用)的简化示意图。主机装置110通常包含电池组112及负载/主机电路114且有时连接到AC适配器/充电器116。电池组112通常包含一个或一个以上电池单元(电池)118、电池管理电路120及电池燃料计电路122以及其它可能组件。

[0026] 在简化描述中,正电池组电压线Vpackp及负电池组电压线Vpackn提供电池组112、负载/主机电路114与AC适配器/充电器116之间的电力连接。当主机装置110连接到AC适配器/充电器116时,AC适配器/充电器116提供用于主机装置110的运行及电池组112中的电池118的充电的电力。另一方面,当主机装置110不连接到AC适配器/充电器116时,电池组112将电力供应(放电)到主机装置110的组件(例如,负载/主机电路114)。因此,在此情形中,由于主机电路114执行主机装置110的“主要”功能,因此电池组112 “主要”将电力供应到主机电路114。然而,电池组112还将电力供应到电池组112自身的组件(例如,电池管理电路120、电池燃料计电路122等),因此可在电池118的放电期间维持电池组112的恰当运行。

[0027] 期望电池组112的组件从电池118消耗相对少的电力,使得电池118的充电容量的最大化或优化量可用于主机电路114。还期望燃料计电路122产生尽可能准确的对电池118的剩余容量的估计,使得主机装置110可在不冒数据丢失的风险的情况下最高效地利用电池118,如背景技术中所描述。另外,对电池118的特性/参数(例如,S0C、内部阻抗、剩余容量等)的准确估计还使得主机装置110能够通过以下操作来有效地管理并优化其电力使用:关断非关键子系统、在电池118接近放电结束时减少电力设定或降低性能,及/或在电池阻抗过高(即,电池118已显著老化)的情况下防止启用高电流操作。

[0028] 为了平衡这些具竞争性的目标,燃料计电路122优选地以取决于电池118的状态的多种速率更新电池118的一个或一个以上特性参数(例如阻抗或电阻等)。因此,当估计电池118的状态(例如,剩余容量、充电状态或放电深度以及其它)足够高以致因高估所致的数据丢失的风险极低时,燃料计电路122优选地以较慢速率更新所述参数。然而,当电池118的所估计状态达到或超过某一阈值时,增加参数更新速率,S卩,减小更新之间的时间间隔。因此,在超过阈值之前由燃料计电路122消耗的电力相对较低,且在超过阈值之后对电池118的状态的估计的准确度相对较高。随着电池118的状态变得接近于放电终止点,当可能必须起始主机装置110的受控制停机且有效电力管理较为关键时,在超过阈值之后由燃料计电路122消耗的电力的增加是对电池118的状态的估计的较大准确度的折衷。

[0029] 电池组112 (例如,电池管理电路120及/或燃料计电路122)通常根据适合通信协议且通过适当接口电路(未展示)经由双向数字总线124与主机装置110中的其它组件(例如,负载/主机电路114)通信。双向数字总线124可为标准SMBus (智能总线)、标准I2C(集成电路间)总线、另一串行或并行接口或者任何其它适当标准或专有通信构件。

[0030] 电池组112通常出于多种原因而与主机装置110中的其它组件通信。举例来说,当如燃料计电路122所确定的电池118的状态达到或超过终止点时,可将用以起始主机装置110的受控制停机的指令传输到主机电路114。另外,可将关于电池118的状态的数据传输到主机电路114以使得能够将燃料计显示/图标/指示器呈现给主机装置110的用户,因此所述用户可在主机装置110自身停机之前主观地预期何时给电池118再充电。这些实例两者依赖于对电池118的状态的准确估计。(上文已论述对在起始受控制停机之前对电池118的状态的准确估计的需要。)

[0031] 关于燃料计显示/图标/指示器,即使其通常向用户提供电池118的状态的相对较低分辨率(即,低准确度)指示,对电池118的状态的较准确估计(反映在燃料计显示/图标/指示器中)也可为用户产生关于主机装置110的较积极体验。特定来说,对电池118的充电状态的非常不准确的高估(如燃料计显示/图标/指示器所指示)可导致用户延误将主机装置110插入到AC适配器/充电器116中,借此增加使用户对主机装置110的停机感到不便及懊恼的可能性。另一方面,对充电状态的非常不准确的低估可能不必要地且不便地致使用户因认为需要早于防止停机所真正必要地给电池118再充电而略感恐慌。

[0032] 应理解,可使用许多不同的电路组件类型及组合来形成图2及3中所展示的电路且执行本文中所描述的功能。因此,图2及3中所展示且本文中所描述的特定电路组件及互连件图解说明许多可能实施例中的仅一者的简化版本且未必既定限制权利要求书的范围。另外,美国专利6,789,026,6,832, 171及6,892,150 (上文所提及)提供对可并入于主机装置110及/或电池组112中的实例性电路的额外描述。

[0033] 对于所图解说明的实施例,除电池管理电路120及燃料计电路122之外,电池组112通常还包含充电晶体管126、放电晶体管128、电流感测电阻器130及温度传感器132。电池管理电路120通常包含低压降(LD0)电压调节器电路134、控制器电路136、一个或一个以上驱动器电路138及电压感测电路140以及其它可能组件。燃料计电路122通常包含一个或一个以上模/数转换器(ADC) 142、微处理器144及至少一个存储器146以及其它可能组件。

[0034] LD0电压调节器电路134接收电池118的正端子电压(Vbatt)。LD0电压调节器电路134通常从电池118的端子电压(Vbatt)提供用于电池管理电路120及燃料计电路122的组件以及其它可能组件的操作的电力。

[0035] 除其它功能外,电池管理电路120 (有时称为前端电路或芯片)通常监视并管理电池118的充电及放电。因此,在控制器电路136的控制下,驱动器电路138在线148及150上产生栅极驱动电压以分别激活及去激活充电晶体管126及放电晶体管128。充电晶体管126及放电晶体管128的此操作通过线Vpackp控制电池118的充电及放电。

[0036] 举例来说,电压感测电路140可为电平转变器电路或其它适当装置。在所图解说明的实施例中,电压感测电路140接收电池118的正端子电压(Vbatt)以便测量电池118的端子电压。电压感测电路140的输出为表示电池118的端子电压的模拟电压。(在其它实施例中,电压感测电路140可通过适合电路耦合以测量跨越电池118中所包含的个别单元中的一者或一者以上的电压。接着,可进行适当计算以确定电池118的端子电压。)

[0037] 根据本文中所描述且(任选地)在上文参考的美国专利中所描述的功能,电池管理电路120的控制功能中的一些控制功能响应于来自燃料计电路122的指令(例如,各种配置、安全与控制信息)而发生。电池管理电路120与燃料计电路122之间的通信(例如,分别通过控制器电路136及微处理器144)通常经由另一适当双向数字总线152而发生。

[0038] 燃料计电路122接收数据、所测量值或信号,例如电压感测电路140的输出、温度传感器132的输出及跨越电流感测电阻器130的电流感测电压以及其它可能输入电压。将这些输入电压供应到ADC142中的适当者。ADC142通常将所述输入电压转换为端子电压、放电电流及电池温度以及其它可能所测量值的数字当量。

[0039] 在燃料计电路122内,ADC142、微处理器144及存储器146通常经由又一适当双向数字总线154彼此通信。通过总线154,微处理器144存取一个或一个以上程序156 (存储于存储器146中),微处理器144借助所述程序执行或控制燃料计电路122的各种功能。根据程序156中的一者或一者以上,微处理器144存取所接收的所测量值的由ADC142产生的数字当量以及保持于存储器146中所存储的一个或一个以上数据库158中的数据。总线154还优选地通过适当接口电路耦合到双向数字总线124。

[0040] 数据库158通常包含各种表。一个此种表的实例含有电池118的随电池118的所测量值及参数或可根据所测量值及参数计算的电池118的状态中的一者或一者以上而变的开路电压(OCV)。例如,所述表可具有取决于电池118的SOC或DOD的OCV,如在制造电池118之前以实验方式所确定。另一实例性表可含有电池118的随SOC(或DOD)及温度而变的电阻或阻抗。

[0041] 由微处理器144在程序156的控制下使用数据库158执行的一组实例性程序可包含当据推测电池118已在相对长的松弛时间周期(即,电池118不活动或极低活动的周期)之后达到平衡状态时根据所测量值确定电池118的0CV。在如此确定0CV的情况下,从数据库158中的0CV对S0C表读取S0C。以此方式,获得在主机装置110的操作(S卩,电池放电)期间使用库仑计数技术更新的初始soc值(soc_o)。在于放电期间如此更新SOC且确定S0C已达到或超过更新点之后,从0CV对S0C表读取经更新0CV。借助经更新0CV以及所测量端子电压及平均放电电流,计算电池118的电阻。借助所计算电阻,更新电阻表(例如,电阻对S0C及温度)以便执行恰当IR校正,因此可估计到放电结束的剩余时间。(前述美国专利申请案提供执行这些计算及程序中的一些计算及程序的实例。)

[0042] 根据本发明的各种实施例,在电池118的一个或一个以上状态(例如,SOC、D0D、0CV、端子电压等)超过阈值之后,增加在放电期间更新一个或一个以上参数(例如,电阻、阻抗等)的速率(或减小参数更新之间的时间间隔)。图4、5及6中所展示的曲线图帮助图解说明用于如何确定阈值的优选方法。这些曲线图未必按比例绘制。而是,其经绘制以突出显示实例性电池118的某些特性,所述特性有助于确定如何设定电池118的为确定何时改变参数更新速率或时间间隔而选择监视的特定状态的阈值。

[0043] 图4展示电池端子电压(以伏或毫伏为单位)对已使用电池容量(以安小时或毫安小时为单位)的三个实例性简化曲线图160、162及164。第一曲线图(0CV)160是针对电池118的0CV,因此其表示电池118的端子电压对已使用容量的理论最大值。第二曲线图(Cycle_l) 162是针对电池118的第一放电循环期间的端子电压。第三曲线图(Cycle_N) 164是针对电池118的假设第N放电循环期间的端子电压。如可看出,针对每一曲线图160到164,随着已使用电池容量增加,电池118的端子电压减小。

[0044] 图4中还指示放电结束电压(EDV)。所述EDV表示电池118的在主机装置110必须优雅地停机以便防止电池118的端子电压一直减小到主机装置110的电子组件将不再恰当地操作或将触发主机装置110的突然停机借此可能丢失或毁坏数据的点时或之前的端子电压。因此,第一曲线图(0CV) 160与EDV交叉的点表示电池118的理论最大容量(Q_max)。另一方面,第二曲线图162及第三曲线图164与EDV交叉的点分别表示在第一放电循环及第N放电循环期间电池118的可使用容量(Q_use_l及Q_use_N)。

[0045] 第一曲线图(0CV) 160分别与第二曲线图(V_bat_l)162或第三曲线图(V_bat_N) 164之间的垂直差IR_1或IR_N指示由于电池118的内部电阻或阻抗所致的IR压降。如可看出,由于电池118的内部电阻或阻抗所致的IR压降随着电池118的放电循环数目的增加(即,“老化”)而增加(例如,从IR_1到IR_N)。因此,可使用容量随着电池118的老化而减小(例如,从Q_use_l到Q_use_N)。

[0046] 每一曲线图160到164的斜率在其末尾部分166内与(大概)中间部分168相比通常相当显著地增加。因此,曲线图160到164在接近EDV处开始较快地减小。此改变通常是由于电池118的参数中的一者或一者以上的增加的改变速率所致。另外,由于所述参数中的一者或一者以上在末尾部分166中较快速地改变,因此在参数更新点之前参数的所计算值的准确度的不确定性较大,从而导致对基于所述参数的其它电池特性的估计的较大不准确度。因此,期望在进入末尾部分166之前或在末尾部分166的大约开头处增加更新所述参数的速率。换句话说,优选地,设定电池118的所监视状态的阈值,使得参数更新速率在末尾部分166处、在其之前或在其后立即增加。

[0047] 图5展示电池118的电阻缩放因子对充电状态(S0C)的实例性简化曲线图170。所述电阻缩放因子是在更新电阻表内的电池118的内部电阻或阻抗值之后此参数即刻乘以或以其缩放的值。因此,电阻缩放因子1.0意指所述表中的电阻值根本不改变。电阻缩放因子与值1.0相差越大,对表中的电阻值的改变就越大。如可看出,随着电池118的充电状态减小,电阻缩放因子从值1.0偏离。在近似点172处,随着电池118的充电状态进一步减小,电阻缩放因子开始甚至更快地从值1.0偏离。因此,随着电阻缩放因子甚至更快地从值1.0偏离,此参数的准确度的不确定性更大,且在每一参数更新点之前基于此参数对电池118的任何状态的估计的不准确度更大。因此,期望在点172处或之前(例如,在电池118的S0C的范围174内)设定参数更新速率改变阈值。

[0048] 图6展示电池118的内部电阻(以欧姆为单位)对S0C的实例性简化曲线图176。如可看出,曲线图176展示,虽然内部电阻在S0C的完全范围中稍有变化,但电池118的内部电阻在S0C接近零时急剧增加(曲线图176的左端)。因此,在S0C接近零时,此参数的准确度的不确定性更大,且在每一参数更新点之前基于此参数对电池118的任何状态的估计的不准确度更大。因此,期望在电池118的内部电阻急剧增加之前(例如,在电池118的S0C的范围178内)设定参数更新速率改变阈值。

[0049] 实验已展示,应在其处增加参数更新速率的适合阈值是在约10%与20%之间的S0C值处。另外,曲线图160、162、164、170及176支持在S0C的此范围内对阈值的设定。然而,应理解,可使用电池118的其它状态来确定适当阈值,且可将所述阈值设定为实验及经验可指示的其它值或其它范围内以便在对电池118的状态的估计的准确度与燃料计电路122的电力消耗之间达成合理平衡。

[0050] 图7展示针对一放电循环的电池端子电压对所估计剩余容量(以安小时或毫安小时为单位)的曲线图180,在所述放电循环期间以一种以上速率来更新电池118的参数(例如,电阻、阻抗等)中的一者或一者以上。如在图1中,还展示电池的实例性电压对真正剩余容量的曲线图102。另外,展示在其处保持零容量的点106。还展示终止电池的放电时的电压(放电结束电压-EDV)。

[0051] 如前所述,真正剩余容量曲线图102表示通常在实验室中确定以便断定受测试电池相对于其端子电压的实际剩余容量的实例。所估计剩余容量曲线图180表示可根据基于数据库158(图3)中的表以及在主机装置110中电池118的操作期间测量的端子电压、放电电流及温度的值计算剩余容量而获得的实例,如上文所描述。因此,所估计剩余容量曲线图180包含更新用于计算剩余容量的一个或一个以上参数的更新点,如上文所大体描述。另外,所估计剩余容量曲线图180包含如上文所描述优选地在一范围182内的阈值点,在所述阈值点之前(在其上面及右边)参数更新速率小于在所述阈值点之后的参数更新速率,即,参数更新时间间隔在阈值点之前比其在此后大。

[0052] 由于参数更新速率的改变,针对曲线图180的在阈值点之后的部分对剩余容量的估计的校正在用于曲线图102及180的分辨率下并不明显,特别是在与现有技术曲线图104(图1)相比时,S卩,不存在曲线图180的明显突然水平斜率。另外,在剩余容量接近零时,真正剩余容量曲线图102及所估计剩余容量曲线图180显现为收敛。换句话说,参数更新速率的增加将对电池118的状态的估计的准确度提高到估计计算中的误差接近零的点。因此,所估计剩余容量曲线图180更加接近于真正剩余容量曲线图102在其处交叉的点与放电结束电压(rnw)交叉,因此可较接近于真正需要起始受控制系统停工程序的点而起始所述程序,借此最优地利用完全电池容量。

[0053] 取决于实施例,在阈值点之前及之后的时间间隔长度通常由S0C (或D0D)或电池118的其它适当状态的百分比界定。举例来说,在阈值点之前,参数更新点可在S0C的10%的每个倍数处出现。在阈值之后,更新点可在3.3%的每个倍数处出现,借此将更新时间间隔减少到其在阈值之前的值的三分之一。这些特定数值仅出于说明性目的而给出且并不既定限制本发明的范围。

[0054] 图8中展示并入到本发明的实施例的用于在电池供电主机装置(例如,110)中在可再充电电池(例如,118)的放电期间监视所述电池的状态的实例性程序184。在一些实施例中,程序184作为程序156中的一者或一者以上存储于存储器146中。程序184执行多种功能,所述功能通常包含获得与电池118相关的至少一个所测量值、在数据库158中的表中的一者或一者以上中查找值、在适当时修正/重新计算电池118的至少一个状态(例如,S0C、D0D、剩余容量等)、更新电池118的一个或一个以上参数及在电池118的状态达到或超过阈值时改变参数更新速率。然而,应理解,此程序184仅为本发明的特定实施例的一个实例,且用于达成类似结果的具有类似或不同步骤、功能、子例程等的其它可能程序也在本发明的范围内。甚至可通过改变流程图内的操作中的一些操作的次序或放置而具有对实例性程序184的一些变化。另外,在程序184中的任何适当点处,可将电池118的状态传递到主机装置110的其它组件,例如主机电路114。

[0055] 在开始(在186处)之后,例如在放电循环的开始处,实例性程序184即刻获得(在188处)电池118的初始状态,例如S0C_0(如上文所描述而确定)或电池118的最近估计的S0C。程序184还设定(在190处)初始参数更新速率(或更新时间间隔)及初始参数更新点。如果放电循环以电池118的在阈值点上面/之前的状态开始,那么将把初始参数更新速率设定(在190处)为较低/较慢速率。另一方面,如果放电循环以电池118的已在阈值点下面/之后的状态开始,那么将把初始参数更新速率设定(在190处)为较高/较快速率。然而,在一些替代方案中,代替设定更新速率或时间间隔,将更新点存储于表或阵列中,且基于电池118的初始状态而将指针设定(在190处)为恰当更新点。

[0056] 通过ADC142读取(在192处)与电池118相关的所测量值(例如,端子电压、放电电流、温度等),如上文所描述。在194处修正电池118的状态。在一个实例中,根据先前所确定的充电状态及库仑计数来估计电池118的目前充电状态。先前所确定的充电状态是在194处的第一修正中的S0C_0,但在194处的所有后续修正中,先前所确定的充电状态是其最近修正或重新计算的值。库仑计数通常是基于从程序184的开始起或从充电状态的最近修正或重新计算的值起对放电电流的积分。

[0057] 在196处,确定是否应终止电池118的放电。举例来说,在196处的确定可基于电池118的端子电压与EDV、达到/接近零的S0C(或所计算的剩余电池容量)或其它适当计算的比较。如果在196处的确定为肯定的,那么起始(在198处)主机装置110的受控制停机且程序184结束(在200处)。

[0058] 如果在196处的确定为否定的,那么确定(在202处)是否已达到或超过参数更新点。举例来说,如果参数更新点由S0C的预定值界定,那么在196处确定S0C的目前值(在处194修正)是否等于或小于所述预定值。如果在202处的确定为否定的,那么还未到更新参数的时间,因此程序184返回到192以如上文那样重复。

[0059] 如果在202处的确定为肯定的,那么在204处计算参数中的一者或一者以上(及优选地还有参数缩放因子)。举例来说,如果待更新的参数是电池118的内部电阻(或阻抗),那么使用S0C的目前值在0CV对S0C表中查找0CV,且基于0CV、端子电压及放电电流而计算电阻。接着基于新的电阻以及从电阻对S0C及温度表获得的先前所估计电阻而计算电阻缩放因子。

[0060] 使用参数缩放因子(例如,电阻缩放因子),在206处更新关于参数的数据库(例如,电阻对S0C及温度表),优选地通过仅缩放电阻的对应于小于或等于目前S0C值的S0C值的那些值。优选地响应于参数及参数数据库的更新而重新计算(在208处)电池118的状态。

[0061] 在210处,确定是否已达到或超过增加参数更新速率的阈值点。如果否,那么在212处设定下一参数更新点。但如果在210处的确定为肯定的,那么在设定(在212处)下一参数更新点之前相应地改变(在214处)参数更新速率。在新参数更新点的情况下,程序返回到192以如之前那样继续直到达到(在196处)放电终止点或用户关断主机装置110或目前放电循环以其它方式停止。

[0062] 对于一些替代方案(例如其中更新点存储于表或阵列中的那些替代方案),不必如在210处做出此确定或如在214处实际上改变参数更新速率。而是,可仅仅将指针递增(例如,在212处)到表或阵列中的下一值,此提供下一更新点。

[0063] 所属领域的技术人员将了解,其它实施例及变化形式可在所主张发明的范围内;且即使为简洁或简单起见,特征或步骤是在具有此些特征或步骤中的全部或仅一些的实例性实施例的背景中加以描述的,本发明也既定涵盖具有所描述特征或步骤中的一者或一者以上的不同组合的实施例。

Claims (18)

1.一种监视电池的状态的方法,其包括: 在所述电池的放电期间重复地获得与所述电池相关的至少一个测量值; 在所述电池的放电期间基于所述电池的先前计算的状态、所述测量值及所述电池的至少一个参数而重复地计算所述电池的所述状态; 在所述电池的所述状态超过阈值之前,以第一速率更新所述电池的所述参数; 在所述电池的所述状态超过所述阈值之后,以比所述第一速率快的第二速率更新所述电池的所述参数;及 响应于所述参数的每一更新而校正所述电池的所述状态。
2.根据权利要求1所述的方法,其中在所述电池的所述状态超过所述阈值之前所述参数的改变速率的平均值小于在所述电池的所述状态超过所述阈值之后所述参数的所述改变速率的平均值。
3.根据权利要求1所述的方法,其中所述电池可由端子电压对容量的曲线图表征,所述曲线图在所述阈值之前的斜率小于在所述阈值之后的斜率。
4.根据权利要求1所述的方法,其中在所述电池的所述状态超过所述阈值之前,电池计电路以第一电力消耗速率消耗电力;且在所述电池的所述状态超过所述阈值之后,所述电池计电路以比所述第一电力消耗速率快的第二电力消耗速率消耗电力。
5.根据权利要求1所述的方法,其中所述电池的所述状态为所述电池的充电状态百分比;且所述阈值在10%与20%之间。
6.根据权利要求1所述的方法,其中所述阈值为第一阈值,所述方法进一步包括: 在所述电池的所述状态超过所述第一阈值之后且在所述电池的所述状态超过第二阈值之前,以所述第二速率更新所述电池的所述参数;及 在所述电池的所述状态超过所述第二阈值之后,以比所述第二速率快的第三速率更新所述电池的所述参数。
7.一种用于监视电池的状态的电池计电路,其包括: 至少一个输入,在所述电池的放电期间在所述至少一个输入处接收与所述电池相关的数据;及 处理器,其经电连接以接收所述数据; 其中所述处理器: 基于所述数据、所述电池的至少一个参数及所述电池的先前修正的状态而重复地修正所述电池的所述状态; 在所述电池的所述状态超过阈值之前,以第一速率更新所述参数; 在所述电池的所述状态超过所述阈值之后,以比所述第一速率快的第二速率更新所述参数;及 响应于所述参数的每一更新而校正所述电池的所述状态。
8.根据权利要求7所述的电池计电路,其中在所述电池的所述状态超过所述阈值之前所述参数的改变速率的平均值小于在所述电池的所述状态超过所述阈值之后所述参数的所述改变速率的平均值。
9.根据权利要求7所述的电池计电路,其中所述电池可由端子电压对容量的曲线图表征,所述曲线图在所述阈值之前的斜率小于在所述阈值之后的斜率。
10.根据权利要求7所述的电池计电路,其中在所述电池的所述状态超过所述阈值之前,所述电池计电路以第一电力消耗速率消耗电力;且在所述电池的所述状态超过所述阈值之后,所述电池计电路以比所述第一电力消耗速率快的第二电力消耗速率消耗电力。
11.根据权利要求7所述的电池计电路,其中所述电池的所述状态为所述电池的充电状态百分比;且所述阈值在10%与20%之间。
12.根据权利要求7所述的电池计电路,其中: 所述阈值为第一阈值; 在所述电池的所述状态超过所述第一阈值之后且在所述电池的所述状态超过第二阈值之前,所述处理器以所述第二速率更新所述电池的所述参数;且 在所述电池的所述状态超过所述第二阈值之后,所述处理器以比所述第二速率快的第三速率更新所述电池的所述参数。
13.一种用于监视电池的状态的电池计,其包括: 用于在所述电池的放电期间产生关于所述电池的至少一个测量值的构件; 用于在所述电池的放电期间基于所述测量值及与所述电池相关的至少一个参数而重复地修正所述电池的所述状态的构件; 用于在所述电池的所述状态已超过阈值之前以第一更新时间间隔且在所述电池的所述状态已超过所述阈值之后以比所述第一更新时间间隔短的第二更新时间间隔在多个更新点处更新所述参数的构件;及 用于响应于更新所述参数而校正所述电池的所述状态的构件。
14.根据权利要求13所述的电池计,其中在所述电池的所述状态超过所述阈值之前所述参数的改变速率的平均值小于在所述电池的所述状态超过所述阈值之后所述参数的所述改变速率的平均值。
15.根据权利要求13所述的电池计,其中所述电池可由端子电压对容量的曲线图表征,所述曲线图在所述阈值之前的斜率小于在所述阈值之后的斜率。
16.根据权利要求13所述的电池计,其中在所述电池的所述状态超过所述阈值之前,电池计电路以第一电力消耗速率消耗电力;且在所述电池的所述状态超过所述阈值之后,所述电池计电路以比所述第一电力消耗速率快的第二电力消耗速率消耗电力。
17.根据权利要求13所述的电池计,其中所述电池的所述状态为所述电池的充电状态百分比;且所述阈值在10%与20%之间。
18.根据权利要求13所述的电池计,其中所述阈值为第一阈值;且所述用于更新所述参数的构件在所述电池的所述状态已超过所述第一阈值之后且在所述电池的所述状态已超过第二阈值之前以所述第二更新时间间隔且在所述电池的所述状态已超过所述第二阈值之后以比所述第二更新时间间隔短的第三更新时间间隔更新所述参数。
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