CN115102244A - 对听力仪器电池充电的方法、充电系统及计算机程序产品 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了对听力仪器电池充电的方法、充电系统及计算机程序产品，其中所述方法包括：获得作为电池电荷与电池电压之间的关系的放电函数；获得将通过对电池充电实现的期望的运行时容量；至少考虑放电函数和/或期望的运行时容量确定充电电压；用确定的充电电压对电池充电。

Description

对听力仪器电池充电的方法、充电系统及计算机程序产品
技术领域
本申请涉及用于对电池充电的方法、充电系统及计算机程序产品。更具体地，本申请涉及用于对听力仪器的电池充电的方法、充电系统及计算机程序产品。
背景技术
听力仪器如助听器通常具有一个或几个可再充电电池来向听力仪器提供电能。这些电池存储电荷并根据存储的电荷量提供电压。当电池连接到外部电负载例如听力仪器的电元件时，电池电压产生外部电流从而耗用存储的电荷，使得电能被提供给负载。
电池的重要特性是电池容量。在本说明书中，电池容量应当理解为在电池被充电到通常由电池内发生的电化学过程确定的最大电荷电势时能够存储在电池中的最大电荷量。因此，电池容量按电荷的单位例如mAh进行表示。一般地，电池容量随着电池使用时间的增加而减少。鉴于电池通常在或接近工厂新状态时具有最高电池容量，电池容量随时间减小，最终达到电池不再能使用并必须进行更换的点。在听力仪器情形下，更换可再充电电池通常为劳动和成本密集的操作，因为通常必须打开听力仪器。这需要经训练的人员和专门设备，因而客户必须将听力仪器送往生产商或者前往专卖店。因此，必须更换听力仪器的电池的时间点，应尽可能延迟以提供令用户满意的体验。
在电池完全充电的状态，电池中储存的电荷等于或者至少大约等于其电池容量。随着由电池提供的电能被外部负载例如听力仪器的电元件消耗，电池被放电，即电池中存储的电荷减少。为保持电能的供应，电池必须有规律地再充电。否则，电池将达到空状态，在该状态下，其不再能供应足够的电能。在听力仪器情形下，该空状态导致听力仪器的功能不再为用户可用，因此应尽可能避免。
用于对听力仪器的可再充电电池充电的方法在本领域已知。通常，这些传统的方法包括始终将电池充电到完全充电状态。这需要高充电电压，更具体地，上面提及的最大充电电压，并对电池的寿命具有负面影响。在本说明书中，寿命应当理解为在电池容量达到低于最小可接受的电池容量的值之前电池使用循环的数量。已发现电池损耗的主要部分并非因实际的充电和放电循环引起，而是由其它因素例如暴露于高电压、有害温度及一定程度上深度放电引起。因此，显然，按总是使用最大充电电压的传统方式对电池充电明显降低寿命，使得电池不得不更频繁地更换。在听力仪器情形下，这导致令用户不满意的体验，如上面已经阐述的。为实现高寿命的另一方法包括使电池以推荐的有限的电荷状态工作范围进行工作，例如在30％到80％之间，其中电荷状态应当理解为电池水平，按高于空状态的百分比表示。
针对该背景，需要提供对听力仪器的电池充电的解决方案，使得可提高电池寿命。
发明内容
本发明提供可提高电池寿命的电池充电方案。
根据第一方面，提供用于对听力仪器的电池充电的方法。该方法可包括获得作为电池电荷与电池电压例如电池的开路电压或电池的放电电压(也可称为电池的闭路电压)之间的关系的放电函数。
在本说明书中，术语电池充电应当理解为指明电池中储存的电荷相对于任意参考值的任何适当的量。例如，电池电荷可定义为等于电池中储存的相对于在其时电池被认为为空的参考值的电荷量。作为另一例子，电池电荷可定义为等于相对于在其时电池被认为完全充电的参考值从电池提取的电荷。然而，也可预见相对于不同参考值定义电池电荷的其它方式。
此外，放电电压在本说明书中应当理解为在施加电负载时的电池电压。
此外，开路电压在本说明书中应当理解为指明在电池与电路断开连接时由电池提供的电压的任何适当的量。换言之，开路电压将理解为指明没有电负载且在电池的端子之间没有外部电流流过时由电池提供的电压的任何适当的量。具体地，开路电压定义为等于没有电负载时的电池电压。然而，也可预见将开路电压定义为指明没有电负载时的电池电压的量的其它方式。例如，开路电压可定义为没有电负载时的电池电压的倍数或一部分，或者其可定义为没有电负载时的电池电压与正或负偏移电压的和。
一般地，开路电压与电池电荷有关。作为例子，假定开路电压定义为等于没有电负载时的电池电压，关系如下：在电池电荷指明电池处于完全充电状态时，开路电压达到最大值。随着电池电荷按指明电池相对于完全充电状态放电的方式变化，开路电压相对于最大值降低。最终，在电池电荷达到指明电池处于空状态的值时，开路电压达到较低的阈值，称为切断电压。在该点，电池在不进行再充电的情况下不再能供应足够的电能。
在本说明书中，电池电荷与电池的开路电压之间的关系称为放电函数。作为例子，再次假定开路电压定义为等于没有电负载时的电池电压，一方面，术语放电函数表示电池电荷的较小值对应于电池较接近完全充电状态并具有较高的开路电压，另一方面，电池电荷的较高值对应于电池较接近空状态并具有较低的开路电压。这样，电池电荷随着电池放电而增加，即随着电池中储存的电荷被从电池提取而增加。然而，也可反过来定义电池电荷与开路电压之间的关系，即定义为充电函数。在该情形下，一方面，电池电荷的较小值对应于电池较接近空状态并具有较低的开路电压，另一方面，电池电荷的较高值对应于电池较接近完全充电状态并具有较高的开路电压。这样，电池电荷随着电池被充电而增加，即随着电荷被储存在电池中而增加。在本说明书中，术语放电函数和充电函数完全相等，涉及放电函数的任何公开应视为也同等地涉及充电函数。
放电函数也可称为电池电荷与电池的放电电压之间的关系。因而，放电函数表示，一方面，电池电荷的较小值对应于电池较接近完全充电状态并具有较高的放电电压，另一方面，电池电荷的较高值对应于电池较接近空状态并具有较低的放电电压。
因此，在本说明书中自此向下，术语“开路电压”可由“放电电压”替换。
从数学角度，放电函数可通过任何适当的方法表示。例如，放电函数可由电池电荷和开路电压的离散值表示，例如表示为数值表。作为另一例子，放电函数可由通过电池电荷与开路电压彼此有关的数学等式表达的连续函数表示。作为另一例子，放电函数可由离散值(例如表达为数值表)以及至少一连续函数表示以在无值可从离散函数获得的区域获得内插值。作为另一例子，放电函数可由上面阐述的两种以上表示的组合表示。
由于根据第一方面的方法可包括将放电函数作为电池电荷与电池的开路电压之间的关系获得，可能提供适当的信息，可基于该信息确定用于对电池充电的充电电压，使得可提高电池寿命。例如，用于对电池充电的充电电压可基于来自所获得的放电函数的信息确定，其低于上面提及的最大充电电压，使得可减少电池暴露于高电压的可能。
根据第一方面的方法还可包括获得将通过对电池充电实现的期望的运行时容量。在本说明书中，术语运行时容量应理解为在刚使用特定充电电压完成充电过程之后电池中储存的可用电荷量。例如，如果电池使用上面提及的最大充电电压进行充电，所得的圆顶件可等于或至少大约等于电池容量。相反，如果电池使用低于最大充电电压的电压进行充电，所得的圆顶件可能低于电池容量。由于根据第一方面的方法可包括获得期望的将通过对电池充电实现的运行时容量，即使可能确定低于最大充电电压的充电电压用于对电池充电，期望的运行时容量可能仍然能由充电后的电池提供。
根据第一方面的方法还可包括至少考虑放电函数和/或期望的运行时容量确定充电电压。此外，根据第一方面的方法还可包括用确定的充电电压对电池充电。在本说明书中，至少考虑放电函数和/或期望的运行时容量确定充电电压意为至少考虑所获得的放电函数或者所获得的期望的运行时容量或者二者确定充电电压。换言之，如果所获得的放电函数和所获得的期望的运行时容量均未知，则确定充电电压的方法将不可能。不过，确定充电电压也可考虑不同于放电函数和期望的运行时容量的量进行。由于根据第一方面的方法可包括至少考虑放电函数和/或期望的运行时容量确定充电电压以及用确定的充电电压对电池充电，可实现电池寿命的提高。更具体地，可至少考虑放电函数和/或期望的运行时容量确定的并可用于对电池充电的充电电压可低于上面提及的最大充电电压。关于这一点，根据第一方面的方法基于不总是必要使用最大充电电压将可再充电电池充电到完全电池容量的发现。具体地，如果可预知电池在达到空状态之前将被再次充电，将电池充电到低于电池容量的运行时容量就足够了。尤其在听力仪器的情形下，可假定用户每天对电池再充电，尤其在睡觉时整夜对电池充电。由于将电池充电到降低的运行时容量而不是完全电池容量可使用低于最大充电电压的充电电压实现，电池暴露于高电压的情形可减少，因而提高电池寿命。然而，在确定充电电压时也可被考虑的期望的电池容量可达到在下次常规再充电之前足够电池提供足够电能的足够大的值。这样，可避免电池被太快弄空因而不得不更早再充电的、将导致令用户不满意的体验的不合需要的情形。因此，根据第一方面的方法的具体优点在于在确保提供期望的运行时容量的同时提高电池寿命。
在根据第一方面的方法中，放电函数优选以所获得的放电函数动态表示电池的老化条件的方式获得。由于电池容量一般随电池使用时间的增加而减小，因此，放电函数同样相应地变化，这对从放电函数提供准确的信息尤其有利。在本说明书中，获得放电函数可包括基于电池的测量数据获得放电函数。例如，测量数据可以是指明电池电荷和/或开路电压的测量数据。具体地，测量数据可从听力仪器的电池直接获得。通过基于电池的测量数据获得放电函数，可实现所获得的放电函数在动态表示电池的实际老化条件方面特别准确。
此外，获得放电函数可包括基于存储的样本电池的数据获得放电函数。例如，代表性样本电池可用于获得指明电池电荷和/或开路电压的测量数据，该测量数据可存储在听力仪器中以基于存储的数据获得放电函数。通过基于存储的样本电池的数据获得放电函数，可省略用于基于电池的实际测量数据获得放电函数的测量设备，从而降低听力仪器的成本和重量。
此外，获得放电函数可包括基于计算模型获得放电函数。例如，可使用考虑放电函数与电池老化条件的相依性的计算模型。通过基于计算模型获得放电函数，同样可省略用于基于电池的实际测量数据获得放电函数的测量设备，从而降低听力仪器的成本和重量。
此外，获得放电函数可包括在已经使用训练数据训练的人工神经网络的帮助下获得放电函数。例如，电池的老化条件被确定，表示特定老化条件的放电函数在人工神经网络的帮助下获得，该人工神经网络已使用与不同老化条件对应的不同放电函数的训练数据提前训练。通过在已经使用训练数据训练的人工神经网络的帮助下获得放电函数。所获得的放电函数在动态表示电池的实际老化条件方面特别准确，且其可以可靠的方式确定，不需要放电函数的持续测量。
根据第一方面的方法还可包括从放电函数确定电池容量并使用确定的电池容量确定充电电压。从放电函数确定电池容量可包括以任何适当的方式确定电池容量。例如，电池容量可以图解、用数字、借助于计算确定。然而，也可预见从放电函数确定电池容量的其它方式。此外，使用确定的电池容量确定充电电压可包括以任何适当的方式使用确定的电池容量。例如，确定的电池容量可与期望的运行时容量比较，充电电压可根据比较结果确定。通过从放电函数确定电池容量并使用确定的电池容量确定充电电压，在某些情形下，可简化充电电压的确定。例如，如果期望的运行时容量等于或大于确定的电池容量，充电电压可直接与最大充电电压相等。
在根据第一方面的方法中，确定电池容量还可包括将电池容量确定为对应于放电函数中的预定最大开路电压的电池电荷与对应于放电函数中的预定切断电压的电池电荷之间的差。从而，可能可靠地从放电函数确定电池容量，或者至少足够准确地逼近电池容量。例如，对应于放电函数中的预定最大开路电压的电池电荷可对应于电池的完全充电状态，因而，对应于放电函数中的预定切断电压的电池电荷可对应于电池的空状态。因此，两电池电荷之间的差指明可储存在电池中的最大电荷量，即电池容量。
在根据第一方面的方法中，确定充电电压还可包括：
-比较电池容量和期望的运行时容量；
-在电池容量低于或等于期望的运行时容量时，将充电电压设定为预先确定的最大充电电压；
-在电池容量大于期望的运行时容量时，将充电电压设定为与期望的运行时容量对应的由放电函数指明的值。
在本说明书中，必须考虑电池容量可能低于期望的运行时容量，例如由于电池老化，相较于工厂新状态，其随时间减小电池容量。通过按如上所述确定充电电压，即通过比较电池容量和期望的运行时容量并根据比较结果设定充电电压，可能高效地确定适当的用于对电池充电的充电电压：一方面，如果电池容量足够大从而在充电之后提供期望的运行时容量，充电电压被设定为使得能提供期望的运行时容量的值，同时，电池以小于最大充电电压的电压进行充电，因而提高电池寿命。另一方面，如果电池容量未足够大到在充电后提供期望的运行时容量，至少该电池容量为能提供的最大可能容量。这通过将充电电压设定为预先确定的最大充电电压实现，具体地，其通过上面提及的电池的最大充电电压给出。在该情形下，即使实际得出的运行时容量小于期望的运行时容量，仍提供最大可能的容量，因而因电池较早弄空而导致的令用户不满意的体验至少被最大可能程度地防止。
另一考虑是充电时间和加热。将电池充电到明显高于期望的运行时容量的容量将增加用户的充电时间。此外，在充电期间电池温度增加，这可影响电池寿命。因而，可能需要根据电池的容量是否有明显开销而将预先确定的最小电压设定为高于无应力电压。
在根据第一方面的方法中，确定充电电压还可包括确定预先确定的最大充电电压与预先确定的最小无应力电压之间的充电电压。具体地，预先确定的最大充电电压由上面提及的电池的最大充电电压给出。通过确定预先确定的最大充电电压与预先确定的最小无应力电压之间的充电电压，充电电压将不被设定到可能不利、不提供额外好处的值。在本说明书中，将充电电压设定到高于最大充电电压的值不再有益，因为所得的运行时容量不能超出电池容量，但其对电池寿命不利。此外，所谓的无应力电压通常可针对给定电池或电池类型定义。无应力电压为充电电压的阈值，低于其时对提高电池寿命没有任何额外的益处。然而，用低于无应力电压的充电电压对电池充电具有所得的运行时容量较低的缺点。因此，将充电电压设定到低于预先确定的最小无应力电压的值仅在有高于期望的运行时容量的重大开销时进行。
根据第一方面的方法还可包括获得更新的放电函数。具体地，这意味着放电函数在获得它之前已被更新。此外，本发明方法还可包括更新放电函数。具体地，这意味着放电函数在获得它之后更新。此外，本方法还可包括反复获得电池的测量数据以更新放电函数。通过获得更新的放电函数、更新放电函数或者为更新放电函数而反复获得电池的测量数据，在每一情形下，均可实现持续更新放电函数以动态表示电池的老化条件，从而使能从放电函数提供准确的信息。
根据第一方面的方法还可包括存储更新的放电函数。例如，更新的放电函数被存储以用于在随后的时间点获取。从而，动态表示电池的老化条件的更新的放电函数可用于随后使用。
根据第一方面的方法还可包括使用低通滤波器更新放电函数。具体地，指数滑动平均(exponential moving average，EMA)可用于更新放电函数。在本说明书中，尤其在放电函数被持续更新时，通过根据第一方面的方法确定的充电电压可波动。通过使用低通滤波器用于更新放电函数，保护电池免遭错误更新并确保平滑/稳定的运行时容量。此外，可提供保护以免遭错误更新。
在根据第一方面的方法中，获得期望的运行时容量可包括基于听力仪器的用户的行动获得期望的运行时容量。例如，期望的运行时容量可基于用户在用于对听力仪器的电池充电的充电系统上的输入获得。作为另一例子，期望的运行时容量可基于在与听力仪器或用于对听力仪器的电池充电的充电系统通信的智能电话应用中的用户输入获得。通过基于听力仪器的用户的行动获得期望的运行时容量，用户能够使运行时容量适应用户的使用行为，因而改善用户体验。
在根据第一方面的方法中，期望的运行时容量的值可以是对应于听力仪器将在一天期间使用所需要的运行时容量的预先确定的值，和/或小于指明电池的空状态的初始值的值，该初始值在电池生命开始时确定，例如在电池首次使用之前或首次使用时确定。
预先确定的值可基于影响电池放电的持续时间的用户习惯获得，例如用户佩戴听力仪器的每日小时数(例如8-10小时)，及最终听力仪器的至少一运行模式。
预先确定的值可由用户或听觉病矫治专家或者听力仪器的生产商设定。预先确定的值可在充电系统上或智能电话应用中输入。预先确定的值可存储在听力仪器中。
预先确定的值可基于用户习惯的修正而进行更新，例如用户佩戴听力仪器的每日小时数和/或运行模式。因此，获得更新的期望的运行时容量并可用在电池充电方法的随后实施中。
对于高于空状态能够储存28mAh的电池，预先确定的值例如为20mAh。
根据第一方面的方法还可包括向听力仪器的用户提供关于电池的充电状态的信息。在本说明书中，充电状态应当理解为按百分比表示的电池水平。例如，充电状态表示为下述方式的百分比：0％充电状态对应于电池为空，100％充电状态对应于电池完全充电。然而，充电状态也可按其它方式进行表示，例如0％充电状态对应于电池完全充电，100％充电状态对应于电池为空。用户可被提供关于电池的充电状态的信息，作为例子，说出的指示、视觉信号，例如使用听力仪器或充电器的单色或多色发光二极管(LED)。例如使用单色LED，闪烁的LED可标示较低的充电状态，恒定照亮的LED可标示较高的充电状态。作为另一例子，使用多色LED，一种颜色例如红色可标示较低的充电状态，另一颜色例如绿色可标示较高的充电状态。作为另一例子，通过用于对听力仪器的电池充电的充电系统的视觉/直观显示，可向用户提供关于电池充电状态的信息，视觉显示将充电状态显示为百分比数。此外，作为又一例子，可经与听力仪器或用于对听力仪器的电池充电的充电系统通信的智能电话应用向用户提供关于电池的充电状态的信息。通过向听力仪器的用户提供关于电池的充电状态的信息，用户能够了解电池的充电状态，尤其在使用听力仪器时，或者在对听力仪器的电池充电时。
在根据第一方面的方法中，向听力仪器的用户提供关于电池的充电状态的信息可包括向听力仪器的用户提供在电池的开路电压比充电电压低预先确定的电压差时指明电池完全充电的信息。换言之，在对听力仪器的电池充电时，在电池的开路电压比充电电压低预先确定的电压差时，可向用户通知关于充电过程完成的信息。例如由于充电电路与电池之间的电压降，电池的开路电压在充电期间可能达不到充电电压。因此，如果指明电池完全充电的信息仅基于与充电电压有关的开路电压时，该信息可能不准确。通过引入预先确定的电压差并在电池的开路电压比充电电压低预先确定的电压差时向听力仪器的用户提供指明电池完全充电的信息，可提高信息的准确度。具体地，预先确定的电压差考虑充电过程结束时充电电路与电池之间的电压降。这样，指明电池完全充电的信息尤其准确。
在根据第一方面的方法中，电池可以是锂离子电池。锂离子电池广泛用在听力仪器中，且它们对高充电电压特别敏感。因此，通过用根据第一方面的方法对锂离子电池充电，可相当地提高锂离子电池的寿命。
在根据第一方面的方法中，确定充电电压可包括确定每单元1.0V到每单元4.6V之间的充电电压，尤其在每单元3.6V到每单元4.4V之间，尤其在每单元3.9V到每单元4.2V之间。听力仪器的电池可包括几个电池单元，电池单元可串联连接。。在本说明书中，上面的数值指每单元电压。对于某些电池类型，将充电电压确定在每单元3.3V到每单元4.6V之间，尤其在每单元3.6V到每单元4.4V之间，尤其在每单元3.9V到每单元4.2V之间，尤其有利。例如，在锂离子电池的情形下，最大充电电压约为每单元4.2V，无应力电压约为每单元3.9V(取决于电池类型和卖家)。因此，通过确定在上面指明的范围内的充电电压，可实现充电电压被始终确定在最大充电电压和无应力电压之间。
根据第二方面，提供一种用于对听力仪器的电池充电的充电系统。充电系统包括用于执行根据第一方面的方法的装置。具体地，充电系统包括至少一电池、至少一充电电路、至少一处理器和包含计算机程序代码的至少一存储器，其中计算机程序代码配置成在由至少一处理器执行时使得充电系统至少执行根据第一方面的方法。通过使用根据第二方面的充电系统对听力仪器的电池充电，可在确保提供期望的运行时容量的同时提高电池寿命。
根据第三方面，提供一种计算机程序产品。计算机程序产品包括至少一非短暂计算机可读存储介质，其包含计算机可执行的程序代码，其中计算机可执行的程序代码包括配置成至少执行根据第一方面的方法的程序代码指令。通过使用根据第三方面的计算机程序产品对听力仪器的电池充电，可在确保提供期望的运行时容量的同时提高电池寿命。
附图说明
本发明的各个方面将从下面结合附图进行的详细描述得以最佳地理解。为清晰起见，这些附图均为示意性及简化的图，它们只给出了对于理解本发明所必要的细节，而省略其他细节。在整个说明书中，同样的附图标记用于同样或对应的部分。每一方面的各个特征可与其他方面的任何或所有特征组合。这些及其他方面、特征和/或技术效果将从下面的图示明显看出并结合其阐明，其中：
图1为根据本发明第一方面的示例性实施例执行的操作的流程图；
图2为两个放电函数的图形表示，其将开路电压的真实数据和模型数据示为处于工厂新状态的电池的电池电荷的函数；
图3为四个放电函数的图形表示，其将开路电压的真实数据和模型数据示为电池电荷的函数，在每一情形下均针对处于工厂新状态的电池和处于电池容量减小的、寿命结束状态的电池；
图4为电池的运行时容量为使用循环的函数的示例图，其可通过执行根据本发明第一方面的操作实现；
图5为充电电压为使用循环的函数的示例图，其可通过执行根据本发明第一方面的操作获得；
图6为可根据本发明的第二方面的示例性实施例特别配置的充电系统的框图。
具体实施方式
下面结合附图提出的具体描述用作多种不同配置的描述。具体描述包括用于提供多个不同概念的彻底理解的具体细节。然而，对本领域技术人员显而易见的是，这些概念可在没有这些具体细节的情形下实施。方法和充电系统的几个方面通过多个不同的块、功能单元、模块、元件、电路、步骤、处理、算法等(统称为“元素”)进行描述。根据特定应用、设计限制或其他原因，这些元素可使用电子硬件、计算机程序或其任何组合实施。
电子硬件可包括微机电系统(MEMS)、(例如专用)集成电路、微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑器件(PLD)、选通逻辑、分立硬件电路、印刷电路板(PCB)(如柔性PCB)、及配置成执行本说明书中描述的多个不同功能的其它适当硬件，例如用于感测和/或记录环境、装置、用户等的物理性质的传感器。计算机程序应广义地解释为指令、指令集、代码、代码段、程序代码、程序、子程序、软件模块、应用、软件应用、软件包、例程、子例程、对象、可执行、执行线程、程序、函数等，无论是称为软件、固件、中间件、微码、硬件描述语言还是其他名称。
现在参考图1，其示出了根据本发明第一方面的方法的示例性实施例执行的操作的流程图。根据该实施例，用于对听力仪器的电池充电的方法包括：
-在110，获得作为电池电荷与电池电压例如电池的开路电压或电池的放电电压之间的关系的放电函数；
-在112，获得将通过对电池充电实现的期望的运行时容量；
-在114，至少考虑放电函数和/或期望的运行时容量确定充电电压；
-在116，用确定的充电电压对电池充电。
尽管不同的元素在图1的流程图中按特定顺序安排，可以预见本领域技术人员已知的、不同顺序或没有顺序的执行本发明方法的任何适当的方式，即不同的元素例如同时执行。由于在图1的方法的示例性实施例中确定的充电电压可能低于通过电池内发生的电化学过程确定的最大充电电压，可实现电池寿命的提高。
在本说明书中，听力仪器(或听力制造、助听装置)可以是或包括助听器，其适于改善或增强用户的听觉能力，其通过从用户环境接收声信号、产生对应的音频信号、可能修改该音频信号、及将可能已修改的音频信号作为可听见的信号提供给用户的至少一只耳朵而实现。“改善或增强用户的听觉能力”可包括补偿个体用户的特定听力损失。“听力仪器”还可指适于以电子方式接收音频信号、可能修改该音频信号、及将可能已修改的音频信号作为可听见的信号提供给用户的至少一只耳朵的设备如可听戴设备、耳麦或头戴式耳机。可听见的信号可以下述形式提供：辐射到用户外耳内的声学信号、作为机械振动通过用户头部的骨结构和/或通过中耳的部分传到用户内耳的声信号、及直接或间接传到用户耳蜗神经和/或听觉皮层的电信号。听力仪器适于以任何已知的方式佩戴。这可包括：i)将听力仪器的单元安排在耳后(具有将空传声信号导入耳道的管或者具有设置成靠近耳道或位于耳道中并通过导线(或无线)连接到耳后单元的接收器/扬声器)，如耳后型助听器；和/或ii)将听力仪器整个或部分设置在用户的耳廓和/或耳道中，如耳内式助听器或耳道式/深耳道式助听器；或iii)将听力仪器的单元设置成连接到植入到颅骨内的固定装置，如骨锚式助听器或者耳蜗植入物；或iv)将听力仪器单元设置为整个或部分植入的单元，如骨锚式助听器或耳蜗植入物。听力仪器可实施在单一单元(壳体)中或者可实施在各自彼此连接的多个单元中。
关于在110获得作为电池电荷与电池的开路电压之间的关系的放电函数，图2示出了对应于电池的工厂新状态的放电函数，参考记为“模型开始”的曲线。该图的横坐标示出电池电荷，在该例子中，其定义为等于相对于参考值零从电池提取的电荷，在参考值零，电池被认为完全充电。此外，该图的纵坐标示出开路电压，在该例子中，其定义为等于没有电负载时的电池电压。如图2中所示，在电池电荷为零时，当充电到4200mV时，开路电压达到约4180mV的最大值。随着电池电荷增加，开路电压相对于最大值减小。最后，当电池电荷达到约26.5mAh的值时，开路电压达到约3300mV的切断电压，放电函数在那里快速下降。在该点，电池处于空状态且在不再充电的情形下不再能供应足够的电能。
图1中的方法的示例性实施例还包括在112获得将通过对电池充电实现的期望的运行时容量及在114至少考虑放电函数和/或期望的运行时容量确定充电电压。作为例子，使用图2的放电函数(曲线“模型开始”)并假定期望的运行时容量为20mAh，充电电压按如下确定：如上面提及的电池的空状态对应于26.5mAh的电池电荷。此外，如果电池将被充电到20mAh的期望的运行时容量，在充电之后的电池电荷必须为26.5mAh–20mAh＝6.5mAh或更少。对应于放电函数中的6.5mAh的电池电荷的开路电压，其大约等于所需的充电电压，大约为通过3980mV加上4200mV(充电电压)与4180mV(曲线的开始)之间的电压差确定的4000mV。因此，充电电压被确定为约4000mV。由于反馈控制系统为双射函数，其可容易地用于确定所需的充电电压以使用简单的线性插值逼近期望的运行时容量。
图1中的方法的示例性实施例还包括在116用确定的充电电压对电池充电。如上面的例子所示，提供20mAh的运行时容量所需的充电电压约为4000mV，因此小于约4200mV的最大充电电压。因而可降低电池暴露于高电压的情形，从而可提高电池寿命。因而，考虑和提供20mAh的期望的运行时容量，其对于电池在下一常规再充电之前提供足够的电能足够大，因而防止因较早电池放空而令用户不满意的体验。该例子表明，根据本发明第一方面的方法的具体优点在于在确保提供期望的运行时容量的同时提高电池寿命。
放电函数可以不同的方式获得。在实施例中，对应于电池的工厂新状态的初始的放电函数(图2中的曲线“模型开始”)在生产期间存储于听力仪器中。除此之外，获得放电函数还可包括下述之一或多个：
-基于电池的测量数据获得放电函数；
-基于存储的样本电池的数据获得放电函数；
-基于计算模型获得放电函数；和/或
-在已使用训练数据进行训练的人工神经网络的帮助下获得放电函数。
从而可能获得动态表示电池的老化条件的放电函数，这有利于从放电函数提供准确的信息。
在其它示例性实施例中，图1的方法包括从放电函数确定电池容量并使用确定的电池容量确定充电电压。在实施例中，电池容量被确定为对应于放电函数中的预先确定的最大开路电压的电池电荷与对应于放电函数中的预先确定的切断电压的电池电荷之间的差。作为例子，使用图2的放电函数(曲线“模型开始”)，像这样确定的电池容量约为26.5mAh，因为约4180mV的最大开路电压对应于零电池电荷，约3300mV的切断电压对应于约26.5mAh的电池电荷，两电池电荷之间的差因而约为26.5mAh。通过按如上所述确定电池容量，可能可靠地从放电函数确定电池容量。
在图1的方法的示例性实施例中，确定充电电压包括：
-比较电池容量和期望的运行时容量；
-在电池容量低于或等于期望的运行时容量时，将充电电压设定为预先确定的最大充电电压；
-在电池容量大于期望的运行时容量时，将充电电压设定为与期望的运行时容量对应的由放电函数指明的值。
作为例子，使用图2的放电函数(曲线“模型开始”)，对应于26.5mAh的电池容量，并假定期望的运行时容量为20mAh，由于电池容量大于期望的运行时容量，在该例子中，充电电压被设定为约3980mV的值，对应于期望的运行时容量并通过放电函数标示，如上所述。从而，如果电池容量足够大从而在充电之后提供期望的运行时容量，充电电压被设定为使得能提供期望的运行时容量的值，同时，电池以小于最大充电电压的电压进行充电，因而提高电池寿命。
然而，例如，由于电池的老化，电池容量可能低于期望的运行时容量，相较于工厂新状态，电池老化随时间减小电池容量。关于这方面，图3示出了对应于工厂新状态的放电函数(参见记为“模型开始”的函数)及对应于具有减小的电池容量的、电池寿命结束时的状态的放电函数(参见记为“模型结束”的函数)。如图3中所示，减小的电池容量仅为约15mAh。然而，放电函数中的开路电压的最大值实质上保持恒定。作为例子，如果现在假定期望的运行时容量为20mAh，在该情形下，由于电池容量低于期望的运行时容量，在该例子中，充电电压被设定到约4180mV的、预先确定的最大充电电压。该充电电压大约等于上面提及的最大充电电压并对应于最大电池容量，类似于上面已经描述的。从而，即使实际得出的运行时容量小于期望的运行时容量，仍提供最大可能的容量，因而因电池较早弄空而导致的令用户不满意的体验至少被最大可能程度地防止。
在图1的方法的示例性实施例中，充电电压被确定在预先确定的最大充电电压与预先确定的最小无应力电压之间的范围中，最小无应力电压为在其时电压应力变得不显著的较低阈值。如果期望的运行时容量已经满足无应力电压，则不需要进一步降低电池电荷，运行时容量将高于期望值。另一方面，如果即使使用最高可能的充电电压也不能满足运行时容量，则实际的运行时容量将低于期望值。一般地，在选择高期望的运行时容量与电池寿命之间有权衡，因为较高的充电电压将提供较高的运行时容量，但降低寿命。
在图1的方法的示例性实施例中，该方法还包括：
-反复获得电池的测量数据以更新放电函数；
-存储更新的放电函数；
-使用低通滤波器用于更新放电函数，尤其是指数移动平均(EMA)滤波器。
在实施例中，该方法还可包括获得更新的放电函数和/或更新放电函数。通过获得更新的放电函数、更新放电函数或者为更新放电函数而反复获得电池的测量数据，在每一情形下，均可实现持续更新放电函数以动态表示电池的老化条件，从而使能从放电函数提供准确的信息。通过存储放电函数，其已像这样进行更新，动态表示电池的老化条件的更新的放电函数可用于随后使用。
在实施例中，存储的放电函数用于确定更新的电池容量。进而使用更新的容量确定提供期望的运行时容量的最小充电电压，如上所述。从而，在电池的整个使用期限期间，在充电之后提供期望的运行时容量与提高电池寿命之间可实现良好的平衡。
在实施例中，放电函数仅从充电后的电压水平持续测量，之后更新放电函数。在已使用训练数据进行训练的人工神经网络的帮助下添加错过的数据。这样，更新的放电函数随着电池损耗跟踪电池并较快地跟踪，而不需要放电函数的连续测量。在实施例中，由于电池仅缓慢地降级，为提供免遭错误更新的保护，充电电压使用EMA滤波器(或类似滤波器)进行低通滤波。这样，给出波动的运行时容量的电压波动被消除或者至少减少。此外，充电电压可限制在预先确定的最大充电电压与预先确定的最小无应力电压之间的范围中。
随着电池随时间降级，充电电压将需要增大以保持恒定的期望的运行时容量。随着充电电压增大，针对较高电压的放电函数将逐步更新。最后，在某一点，充电电压将大约达到最大充电电压，从该点起，实际的运行时容量将开始减小低于期望值。这些效果在图4和5中示出。首先参考图4，其将实际的运行时容量示为使用循环的函数，可以看出，在该例子中，20mAh的期望的运行时容量被保持高达电池的约1500次使用循环。在该点，电池容量不再足够大到提供期望的运行时容量，在电池使用期限结束时，期望的运行时容量减小高达约15mAh的值。参考图5，其将充电函数示为使用循环的函数，可以看出，从约3980mV开始的充电电压(在充电后)在约1500次使用循环之后达到约4180mV的最大充电电压(在充电后)。在该点之后，充电电压不进一步增大，因为其受限于约4200mV的预先确定的最大充电电压，大约对应于最大充电电压。图4和图5示出了对于总共约1500次的使用循环，可提供20mAh的期望的运行时容量。这相较于听力仪器电池的传统充电方法有所改进，在传统充电方法中，充电电压被总是设定到约4200mV的最大充电电压，其中通常已经快得多地达到电池寿命结束。如图4和5所示，增加的约1500次使用循环的寿命是由于电池暴露于高电压的情形减少，因而提高了电池寿命。
在图1的方法的示例性实施例中，获得期望的运行时容量包括基于听力仪器的用户的行动获得期望的运行时容量。这给予用户主动控制期望的运行时容量的可能性。简单的可能性是通过使用户能设定是否达到低于某一阈值的充电状态的标志而为很少使用全部运行时容量的用户提高寿命。如果前述标志被设定，充电电压则仅在为增大运行时容量时向上调节。一些用户可能以更低的寿命为代价需要比一般用户更高的运行时容量。在该情形下，用户可被提供调整期望的运行时容量的值的可能性。更先进的方法是使用户能在需要时提升期望的运行时容量，或者甚至基于经学习的使用模式自动调节期望的运行时容量。然而，在用户需要高运行时容量的情形下，提高电池寿命的效果可能减弱。
在图1的方法的示例性实施例中，该方法还包括向听力仪器的用户提供关于电池的充电状态的信息。从而，用户能够了解电池的充电状态，尤其在使用听力仪器时，或者在对听力仪器的电池充电时。在实施例中，在充电的同时向听力仪器的用户提供关于电池的充电状态的信息包括向听力仪器的用户提供在电池的开路电压比充电电压低预先确定的电压差时指明电池完全充电的信息。这将使可能具有动态变化的目标充电电压而不影响向用户指示充电状态。此外，其还将覆盖目标充电电压因高温需要降低的情形。在实施例中，预先确定的电压差考虑充电过程结束时充电电路与电池之间的电压降。这样，向用户指明电池完全充电的信息尤其准确。
在图1的方法的示例性实施例中，电池为锂离子电池。图2-5均指锂离子电池，其特征在于通过电池内发生的电化学过程确定的最大充电电压约为每单元4.2V，如图2和3中所示。锂离子电池广泛用在听力仪器中，由于它们对高充电电压特别敏感，通过用根据本发明第一方面的方法对它们进行充电，它们的寿命可相当地提高。
在图1的方法的示例性实施例中，充电电压确定在每单元3.3V到每单元4.6V之间，尤其在每单元3.6V到每单元4.4V之间，尤其在每单元3.9V到每单元4.2V之间。例如，在一些工业锂离子电池中，已发现，相较于上面提及的约每单元4.2V的最大充电电压，峰值充电电压每降低每单元0.1V大约使寿命结束前的使用循环次数翻倍。例如，锂离子电池充电到4.2V通常在达到其寿命结束之前进行300到500次循环。如果仅充电到4.1V，循环次数可增加到600-1000次循环，而在4.0V时达到1200-2000次循环，在3.9V时提供2400-4000次循环。此外，就寿命而言，最佳充电电压大约为每单元3.9V(取决于电池类型和卖方)。该电压已被发现大约对应于无应力电压，其中所有电压有关的应力均被消除。因此，在锂离子电池的情形下，将充电电压确定在上面指出的范围内尤其有利。这样，锂离子电池暴露于高电压的情形减少，因而提高电池寿命。
在图6中，示出了用于对听力仪器的电池充电的充电系统200的示例性实施例。充电系统200包括用于执行根据本发明第一方面的方法的装置。更具体地，充电系统200包括电池210、充电电路212、处理器214和包含计算机程序代码的存储器216，其中计算机程序代码配置成在由处理器214执行时使得充电系统200至少执行根据本发明第一方面的方法。通过使用充电系统200对听力仪器的电池充电，可在确保提供期望的运行时容量的同时提高电池寿命。
本申请进一步提供一种计算机程序产品，其包括至少一非短暂计算机可读存储介质，其包含计算机可执行的程序代码，其中计算机可执行的程序代码包括配置成至少执行根据本发明第一方面的方法的程序代码指令。关于该产品，方法的所有有关部分也可用软件实施。
一方面，方法的部分或功能可被存储或编码为有形计算机可读介质上的一个或多个指令或代码。计算机可读介质包括适于存储包括程序代码指令的计算机程序的计算机存储介质，计算机程序在数据处理系统上运行时，使得数据处理系统执行上面描述的方法的至少部分(如大部分或全部)步骤。
作为例子但非限制，前述有形计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储器、磁盘存储器或其他磁性存储装置，或者可用于执行或保存指令或数据结构形式的所需程序代码并可由计算机或数据处理系统访问的任何其他介质。如在此使用的，盘包括压缩磁盘(CD)、激光盘、光盘、数字多用途盘(DVD)、软盘及蓝光盘，其中这些盘通常磁性地复制数据，同时这些盘可用激光光学地复制数据。上述盘的组合也应包括在计算机可读介质的范围内。除保存在有形介质上之外，计算机程序也可经传输介质如有线或无线链路或网络如因特网进行传输并载入数据处理系统从而在不同于有形介质的位置处运行。
一方面，数据处理系统包括处理器，该处理器适于运行计算机程序从而使得处理器执行上面描述的及权利要求中的方法的至少部分(如大部分或全部)步骤。
当由对应的过程适当代替时，上面描述的、“具体实施方式”中详细描述的及权利要求中限定的装置的结构特征可与方法步骤结合。
除非明确指出，在此所用的单数形式“一”、“该”的含义均包括复数形式(即具有“至少一”的意思)。应当进一步理解，说明书中使用的术语“具有”、“包括”和/或“包含”表明存在所述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或增加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。应当理解，除非明确指出，当元件被称为“连接”或“耦合”到另一元件时，可以是直接连接或耦合到其他元件，也可以存在中间插入元件。如在此所用的术语“和/或”包括一个或多个列举的相关项目的任何及所有组合。除非明确指出，在此公开的任何方法的步骤不必须精确按所公开的顺序执行。
应意识到，本说明书中提及“一实施例”或“实施例”或“方面”或者“可”包括的特征意为结合该实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一实施方式中。此外，特定特征、结构或特性可在本发明的一个或多个实施方式中适当组合。提供前面的描述是为了使本领域技术人员能够实施在此描述的各个方面。各种修改对本领域技术人员将显而易见，及在此定义的一般原理可应用于其他方面。除非明确指出，以单数形式提及的元件不意指“一个及只有一个”，而是指“一个或多个”。除非明确指出，术语“一些”指一个或多个。
因而，本发明的范围应依据权利要求进行判断。

Claims (14)

1.用于对听力仪器的电池充电的方法，所述方法包括：
-获得作为电池电荷与电池电压之间的关系的放电函数；
-获得将通过对电池充电实现的期望的运行时容量；
-至少考虑放电函数和/或期望的运行时容量确定充电电压；
-用确定的充电电压对电池充电。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，获得放电函数包括下述之一或多个：
-基于电池的测量数据获得放电函数；
-基于存储的样本电池的数据获得放电函数；
-基于计算模型获得放电函数；和/或
-在已使用训练数据进行训练的人工神经网络的帮助下获得放电函数。
3.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
从放电函数确定电池容量并使用确定的电池容量确定充电电压。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，确定电池容量包括将电池容量确定为对应于放电函数中的预先确定的最大电压的电池电荷与对应于放电函数中的预先确定的切断电压的电池电荷之间的差。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，确定充电电压包括：
-比较电池容量和期望的运行时容量；
-在电池容量低于或等于期望的运行时容量时，将充电电压设定为预先确定的最大充电电压；
-在电池容量大于期望的运行时容量时，将充电电压设定为与期望的运行时容量对应的由放电函数指明的值；和/或
-将充电电压确定在预先确定的最大充电电压与预先确定的最小电压之间。
6.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
-获得更新的放电函数；
-更新放电函数；
-反复获得电池的测量数据以更新放电函数；
-存储更新的放电函数；和/或
-使用低通滤波器用于更新放电函数。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，获得期望的运行时容量包括基于听力仪器的用户的行动获得期望的运行时容量。
8.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
-向听力仪器的用户提供关于电池的充电状态的信息。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，向听力仪器的用户提供关于电池的充电状态的信息包括向听力仪器的用户提供在电池的电压比充电电压低预先确定的电压差时指明电池完全充电的信息。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，预先确定的电压差考虑在充电过程结束时充电电路与电池之间的电压降。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，电池为锂离子电池。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，确定充电电压包括确定每单元1.0V到每单元4.6V之间的充电电压。
13.一种用于对听力仪器的电池充电的充电系统，所述充电系统(200)包括至少一电池(210)、至少一充电电路(212)、至少一处理器(214)和包含计算机程序代码的至少一存储器(216)，其中计算机程序代码配置成在由至少一处理器(214)执行时使得充电系统(200)至少执行根据权利要求1-12任一所述的方法。
14.一种计算机程序产品，包括至少一包含计算机可执行的程序代码的非短暂计算机可读存储介质，其中计算机可执行的程序代码包括配置成至少执行根据权利要求1-12任一所述的方法的程序代码指令。
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