CN115836458A - 充电控制装置、可充电电池、电子设备及控制方法 - Google Patents

充电控制装置、可充电电池、电子设备及控制方法 Download PDF

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CN115836458A CN202180043843.8A CN202180043843A CN115836458A CN 115836458 A CN115836458 A CN 115836458A CN 202180043843 A CN202180043843 A CN 202180043843A CN 115836458 A CN115836458 A CN 115836458A
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Abstract

本发明的充电控制装置包括:测量可充电电池的内部电阻的内部电阻测量单元和、基于在充电过程中通过内部电阻测量单元测量的内部电阻的变化来确定一时间点,并基于该时间点以后的充电容量更新可充电电池的充满电电量的更新单元。

Description

充电控制装置、可充电电池、电子设备及控制方法
相关申请的交叉引用
本申请主张于2020年6月22日向日本专利局申请,且申请号为特愿2020-107347号专利申请的优先权,并将该日本专利申请的全文内容援用于此。
技术领域
本发明涉及一种充电控制装置、可充电电池、电子设备以及控制方法。
背景技术
如果反复使用可充电电池,则可充电电池的状态会逐渐老化。由于这样的长年老化,当可充电电池的充满电电量降低时,剩余电量的计算结果会产生误差。因此有必要检测长年老化引起的可充电电池的充满电电量的变化,并更新充满电电量的值。用于检测电池长年老化引起的可充电电池的充满电电量的变化量的方法,可以举例如下方法。即,先使其完全放电,然后充电到充满电状态,累计此时的充电容量,藉此计算出充满电电量(例如专利文献1公开的方法)。
现有技术文献
专利文献
【专利文献1】日本特开2003-224901号公报
发明内容
然,如上所述,在检测可充电电池充满电电量时,需要使可充电电池完全放电,但是在实际使用中,很少会把电池使用到完全放电的状态,因此充满电电量即使因为长年老化发生了变化,它能被更新的频率也会很低。
本发明是鉴于上述情况而发明的,其目的在于提供一种在实际使用中,可适时更新可充电电池的充满电电量的充电控制装置、可充电电池、电子设备及控制方法。
本发明是为了解决上述问题而发明的,本发明第一实施方案涉及的充电控制装置包括:测量可充电电池的内部电阻的内部电阻测量单元、基于充电过程中通过所述内部电阻测量单元测量的所述内部电阻的变化来确定一时间点,并基于该时间点以后的充电容量更新所述可充电电池的充满电电量的更新单元。
在所述充电控制装置中,所述更新单元确定在充电过程中通过所述内部电阻测量单元测量的所述内部电阻达到峰值时的时间点,并基于该时间点以后的充电容量,更新所述可充电电池的充满电电量。
在所述充电控制装置中,预先设定在充电过程中所述内部电阻成为最小时的所述可充电电池的充电率;所述更新单元,确定在充电过程中通过所述内部电阻测量单元测量的所述内部电阻从最小时到达到充满电状态时的充电容量和预先设定的所述充电率,并基于所述充电容量和预先设定的所述充电率更新所述可充电电池的充满电电量。
在所述充电控制装置中,预先设定在充电过程中所述内部电阻成为最大时的所述可充电电池的充电率;所述更新单元,确定在充电过程中通过所述内部电阻测量单元测量的所述内部电阻从最大时到达到充满电状态时的充电容量和预先设定的所述充电率,并基于所述充电容量和预先设定的所述充电率更新所述可充电电池的充满电电量。
在所述充电控制装置中,预先设定在充电过程中所述内部电阻成为最小时及成为最大时的所述可充电电池的充电率;所述更新单元,确定在充电过程中由所述内部电阻测量单元测量的所述内部电阻从最小时到达到最大时的充电容量和预先设定的所述充电率,并基于所述充电容量和预先设定的所述充电率更新所述可充电电池的充满电电量。
所述充电控制装置还包括检测单元,所述检测单元检测通过所述内部电阻测量单元测量的所述内部电阻的峰值;在充电过程中所述可充电电池的充电率从达到第一阈值后再达到第二阈值时的测量期间内,所述内部电阻测量单元会测量所述可充电电池的内部电阻;所述检测单元根据通过所述内部电阻测量单元在所述测量期间测量的所述内部电阻的测量值,检测所述测量期间内的所述内部电阻的峰值。
在所述充电控制装置中,当由所述更新单元更新的所述可充电电池的充满电电量与由更新后的充电确定的实际的所述可充电电池的充满电电量之间的差值达到规定值以上时,所述内部电阻测量单元会校正所述测量期间;所述检测单元基于在所述内部电阻测量单元校正的所述测量期间内测量的所述内部电阻的测量值来检测所述内部电阻的峰值。
在所述充电控制装置中,当更新后的所述可充电电池的充满电电量与更新后的充电确定的实际的所述可充电电池的充满电电量之间的差值达到规定值以上时,所述更新单元基于预先设定的比例来校正并更新已更新的所述可充电电池的充满电电量。
在所述充电控制装置中,所述更新单元根据已更新的所述可充电电池的充满电电量和已更新的充电确定的实际的充电容量的差值来确定容量当量,并基于该容量当量校正并更新所述可充电电池的充满电电量。
所述充电控制装置进一步包括在规定条件下测量所述可充电电池的电压的电压测量单元;所述内部电阻测量单元参照预先设定了所述可充电电池的电压与充电率的对应关系的设定信息,将与由所述电压测量单元测量的电压相对应的充电率作为该电压时的充电率进行设定,并将设定的充电率作为基准确定所述第一阈值及所述第二阈值,并基于所述第一阈值及所述第二阈值来决定用于测量所述可充电电池的内部电阻的所述测量期间。
所述充电控制装置进一步包括在规定条件下测量所述可充电电池的电压的电压测量单元;所述更新单元参照预先设定了所述可充电电池的电压与充电率的对应关系的设定信息,将与由所述电压测量单元测量的电压相对应的充电率作为该电压时的充电率进行设定,并该电压时的充电率和从该电压时到成为充满电状态时的充电容量,更新所述可充电电池的充满电电量。
在所述充电控制装置中,所述规定条件可以包括可充电电池的充电率在规定的范围内,且未进行充电及放电的状态。
另外,本发明第二实施方案的可充电电池具备所述充电控制装置。
另外,本发明第三实施方案的电子设备具备所述可充电电池。
另外,适用于本发明第四实施方案的充电控制装置中的控制方法包括:通过内部电阻测量单元测量可充电电池的内部电阻的步骤;更新单元基于在充电过程中通过所述内部电阻测量单元测量的所述内部电阻的变化来确定一时间点,并基于该时间点以后的充电容量更新所述可充电电池的充满电电量的步骤。
采用本发明的上述方案时,即使按照一般使用方法使用了可充电电池,也可以根据长年老化状态适当更新可充电电池的充满电电量。
附图说明
图1是根据第一实施方案的电子设备的外观图。
图2是说明电池的长年老化对电池容量的影响的示意图。
图3是表示第一实施方案的电池的充电特性的曲线图。
图4是根据第一实施方案的电池的配置示例的框图。
图5是放大了从图3的恒流充电向恒压充电的切换部分的曲线图。
图6是表示第一实施方案的充电方式切换检测处理方法的一示例的流程图。
图7是表示第二实施方案的充电特性中的内部电阻变化的曲线图。
图8是表示根据第二实施方案的电池的配置示例的框图。
图9是图7的内部电阻为最小的点的部分放大的曲线图。
图10是表示根据第二实施方案的内部电阻的峰值的检测处理方法的一示例的流程图。
图11是表示第二实施方案的充电容量的测量时间的3个例子的图。
图12是根据第三实施方案的电池单元等价电路的电池的框图。
图13是表示第三实施方案的控制单元的内部电路概略的一个示意图。
图14是表示第三实施方案的内部电阻测量时的电压、电流波形的曲线图。
图15是表示根据第三实施方案的内部电阻测量处理方法的一示例的流程图。
图16是表示第三实施方案的内部电阻的测量时机的第一例曲线图。
图17是表示根据第三实施方案的内部电阻的峰值的检测处理方法的一示例的流程图。
图18是表示第三实施方案的内部电阻的测量时机的第二例曲线图。
图19是表示充满电电量的更新值与实际的充满电电量误差少的情况下的充电特性的示例图。
图20是表示实际的充满电电量比充满电电量的更新值大的情况下的充电特性的示例图。
图21是表示实际的充满电电量比充满电电量的更新值小的情况下的充电特性的示例图。
图22是表示根据第四实施方案的电池的配置示例的框图。
图23是表示第四实施方案的Hold宽度为规定值以上时的测量时间校正的一示例图。
图24是表示第四实施方案的充电率的Jump宽度为规定值以上时的测量时间校正的一示例图。
图25是表示根据第四实施方案的充满电电量更新处理方法的一示例的流程图。
图26是根据第五实施方案的用与Hold宽度相对应的充电容量校正充满电电量的情况的说明图。
图27是根据第五实施方案的用与Jump宽度相对应的充电容量校正充满电电量的情况的说明图。
图28是表示第五实施方案的充满电电量的更新处理的一示例的流程图。
图29是表示充满电电量的更新值与实际的充满电电量之间的误差极大时的充电特性的一示例图。
图30是表示第六实施方案的电池的配置示例的框图。
图31是表示第六实施方案的SOC-OCV表的示例图。
图32是表示第六实施方案的SOC-OCV特性的曲线图。
图33是说明使用根据第六实施方案的通过OCV校正设置的充电率来更新充满电电量的一示例图。
<符号说明>
10电子设备,20、20A电池,210、210A、210B、210C控制单元,220电池芯单元,211电流测量单元,212电压测量单元,213A、213B、213C内部电阻测量单元,215、215A、215B、215C检测单元,216、216A、216B、216C计算单元,217更新单元。
具体实施方式
以下,参照附图对本发明实施方案进行详细说明
<第一实施方案>
首先,说明和本发明的第一实施方案相关的信息处理设备的概况。
图1是表示内部搭载有本实施方案的可充电电池的电子设备的外观图。图示的电子设备10是翻盖(clam shell)型(笔记本型)的PC(个人计算机)。另外,电子设备10也可以是平板型PC或智能手机等。
电池20是用于向电子设备10供电的可充电电池,通过AC适配器30进行充电的方法来反复使用该电池20。例如,作为电池20可以列举锂离子电池。通过电池20提供的电力使电子设备10工作时,电子设备10的工作时间依赖于电池20的剩余电量。电池20的剩余电量(Remaining capacity)可以通过“充满电电量(FCC:Full charge capacity)”-“放电电量(Discharged capacity)”来计算。当反复使用电池20时,其状态会逐渐变化并老化。当电池的充满电电量因长年老化而降低时,在计算剩余电量时会产生误差。
图2是表示说明电池20的长年老化对电池容量的影响的示意图。在该图中,纵轴表示电池容量,横轴表示经过时间。将初始的充满电电量设为“100”时,从充满电电量减去放电电量为剩余电量(A)。符号101代表的线表示当时间的经过引起电池的老化时,伴随电池的老化的充满电电量的变化。可充电电池的满充电容量因长年老化而降低时,如果从初始的充满电电量“100”减去放电电量来计算剩余电量,则会得出错误的剩余电量的计算值(B)。从因长年老化而降低的充满电电量减去放电电量来计算剩余电量,才能得到正确的剩余电量的计算值(C)。因此,如果在实际使用中不根据长年老化而适当更新充满电电量,则显示在电子设备10上剩余电量的精度会变差。
例如,在现有技术中,如果没有从充分放电的完全放电的状态充电到充满电的状态,则不会更新充满电电量,但是在实际使用中,由于达到完全放电状态的机会较少,所以充满电电量的值被更新的频率会较低。因此,在本实施方案中,在实际使用中,为适当地更新充满电电量值,即使没有达到完全放电的状态,也可以基于充电期间中的一部分特定的充电期间的充电容量来更新电池20的充满电电量。
接着,参照图3对本实施方案的充满电电量的计算方法进行详细说明。图3是表示本实施方案的电池20的充电特性的曲线图。在该图中,横轴表示充电时间,符号111代表的线表示充满电电量(FCC[wh]),符号112代表的线表示充电率(SOC:State of Charge[%]),符号113代表的线表示电池电压(Vc[V]),符号114代表的线表示充电电流(Ic[A])。
电子设备10中设定有对电池20进行充电时的最大电压和最大电流,在电池电压达到最大电压之前,通过恒流(Constant Current,以下简称为CC,即恒定电流)充电方式进行充电,在达到最大电压后,切换到恒压(Constant Voltage,以下简称为CV,即恒定电压)充电方式进行充电。在图示的例子中,时刻t0表示充电的开始时刻,时刻tc表示将恒流充电方式切换至恒压充电方式的时刻。另外,时刻tf表示判定为充满电状态的时刻。即,从时刻t0到时刻tc的期间T1代表恒流充电的范围,从时刻tc到时刻tf的期间T2代表恒压充电的范围。
由于将恒流充电方式切换至恒压充电方式的时刻的充电率为恒定值,所以测量从该时刻到成为充满电状态为止的期间T2的充电容量,通过将测量出的充电容量换算为充电率100%的方法,能够计算出充满电电量。这里示出将恒流充电方式切换至恒压充电方式的时刻(时刻tc)的充电率为75%的例子。在该例子中,如果将从时刻tc到时刻tf(即,从充电率75%到100%)的期间T2的充电容量的测量结果设为C,则可以通过下面的式1算出充满电电量(FCC)。
FCC=C×(100/25) · · · (式1)
另外,将恒流充电方式切换至恒压充电方式的时刻的充电率,如果是相同的电池,则可以使用相同的值(例如75%),但在不同种类的电池中,由于材料等的不同而不同。因此,可以根据电池的种类等预先设定将恒流充电方式切换至恒压充电方式的时刻的充电率。
(电池20的结构)
以下,对电池20的具体结构进行说明。
图4是表示本实施方案的电池20的一构成示例的框图。电池20具有控制单元210和电池芯单元220。控制单元210由微处理器(Micro Processing Unit,MPU)等而构成。控制单元210作为微处理器实施处理的功能机构,包括电流测量单元211、电压测量单元212、检测单元215、计算单元216以及更新单元217。
电流测量单元211测量电池20的充电电流(Ic)和放电电流(-Ic)。电压测量单元212测量电池20的电池电压(Vc)。在电池20的充电过程中,检测单元215根据由电流测量单元211检测的充电电流,检测将恒流充电方式切换到恒压充电方式的关键点。例如,电流测量单元211以规定的周期测量电池20的充电电流。然后,检测单元215根据电流测量单元211测量的每个规定周期的充电电流的测量值的变化,检测将恒流充电方式切换到恒压充电方式的关键点。例如,当电流测量单元211测量的每个规定周期的充电电流的测量值比上次的测量值减少一定值以上,且该情况连续发生规定次数时,检测单元215检测将恒流充电方式切换到恒压充电方式的情况。另外,检测单元215也可以使用设置在电池20内部的热敏电阻(thermistor,未图示)来检测电池20的内部温度。以下,参照图5及图6,对检测将恒流充电方式切换到恒压充电方式的关键点的具体实施例进行说明。
图5是将图3的充电特性图中的从恒流充电方式到恒压充电方式的切换部分放大的曲线图。在该图中,横轴表示充电时间,符号113代表的线表示电池电压Vc[V],符号114代表的线表示充电电流Ic[A]。在图示的例子中,电流测量单元211以规定时间内Δt(例如10秒)的间隔(规定周期)测量充电电流。检测单元215判定,针对电流测量单元211测量的充电电流Ic且经过Δt后的充电电流Ic的变化量ΔI是否减少规定值以上,如果ΔI减少规定值以上的情况连续出现了规定次数(例如5次)时(图示中ΔI1、ΔI2、ΔI3、ΔI4、ΔI5均减少规定值以上时),则判定已从恒流充电方式切换到恒压充电方式,并检测已从恒流充电方式切换到恒压充电方式的情况。检测单元215设定检测到将恒流充电方式切换到恒压充电方式时的时刻tc。另外,在图示例子中,ΔI减少规定值以上的次数连续出现5次时,会检测从恒流充电方式切换到恒压充电方式的情况,但本发明不限于5次,还可以设定任意的次数。
图6是表示用于检测将本实施方案的恒流充电方式切换到恒压充电方式的关键点的充电方式切换检测处理方法的一示例的流程图。下面,参照该图6对电池20的控制单元210执行的充电方式切换检测处理方法进行说明。该充电方式切换检测处理方法因电池20的充电开始而开始。
(步骤S101)控制单元210测量电池电压(Vc),并进入步骤S103的处理过程。
(步骤S103)控制单元210判定在步骤S101中测量的电池电压(Vc)是否达到电压阈值(Vth)以上。该电压阈值(Vth)是在规定周期中决定充电电流的变化的测量步骤的开始时间的电压阈值,该电压阈值(Vth)中预先设定有将电池20充电时的最大电压降低了规定电压值的电压。例如,图5所示的充电特性的例子中,可以将电压阈值(Vth)设定为电压阈值(Vth)=13.068[V]等。当判断结果为电池电压(Vc)小于电压阈值(Vth)时(NO),控制单元210返回步骤S103的处理过程。当判定结果为电池电压(Vc)达到电压阈值(Vth)以上时(YES),控制单元210进入步骤S105的处理过程。
(步骤S105)控制单元210以n=1开始检测第一次充电电流的变化,并进入步骤S107的处理过程。
(步骤S107)控制单元210测量充电电流(Ic),并将测量出的充电电流(Ic)的值代入Ica。然后,进入步骤S109的处理过程。
(步骤S109)控制单元210对规定时间(Δt)进行计时,经过规定时间(Δt)时,则进入步骤S111的处理过程。例如,规定时间(Δt)可以为10秒。
(步骤S111)控制单元210测量充电电流(Ic),并将测量出的充电电流(Ic)的值代入Icb。然后,进入步骤S113的处理过程。
(步骤S113)控制单元210判断,与在步骤S111中测量的充电电流的值Icb的变化量ΔIn(例如,n=1)是否相对于在步骤S107中测量的充电电流的值Ica,减少了预设阈值(Ith)以上。例如,控制单元210在检测第一次(n=1)充电电流的变化时,会计算ΔI1=Icb-Ica,并判定是否达到ΔI1≤-Ith。作为一个示例,阈值(Ith)可以为20mA。控制单元210判定算出的充电电流的变化量ΔI1的减小量小于阈值(Ith)(即,ΔI1>-Ith)时(NO),则会返回步骤S105的处理过程。另一方面,控制单元210判定算出的充电电流的变化量ΔI1的减小量达到阈值(Ith)以上(即,ΔI1≤-Ith)时(YES),则会进入步骤S115的处理过程。
(步骤S115)控制单元210判定是否达到n=5,即判断充电电流的变化量ΔI1的减小量达到阈值(Ith)以上的次数是否达到连续5次。控制单元210的判定结果为n<5时(NO),则会进入步骤S117的处理过程。另一方面,控制单元210的判定结果为n=5时(NO),则会进入步骤S119的处理过程。
(步骤S117)在n<5时,控制单元210会在n上加1(例如,n=2),并返回步骤S107的处理过程。然后,控制单元210开始检测第n+1次(例如,第二次)的充电电流的变化。
(步骤S119)在n=5时,控制单元210会设定将恒流充电方式切换到恒压充电方式的切换关键点。例如,控制单元210检测出恒流充电方式被切换到恒压充电方式的情形,并设定切换的时间点(时间tc)。
返回图4,计算单元216通过检测单元215检测将恒流充电方式切换至恒压充电方式的切换时间点,并基于该时间点以后的充电容量计算电池20的充满电电量。例如,控制单元210中预先设定有充电过程中将恒流充电方式切换到恒压充电方式的切换时间点的充电率(例如75%)。计算单元216首先获取将恒流充电方式切换到恒压充电方式的时间点和达到充满电状态(例如充电率75%~100%)的时间点之间(图3的期间T2)的各充电容量,并根据该期间的电池电压的测量结果和充电电流的测量结果累计充电容量的方式获得充电容量C。然后,计算单元216根据该充电率为75%~100%的充电容量C,通过上述式1计算充满电电量(FCC)。
例如,控制单元210中预先设定有电池20的充满电电量的初始值。更新单元217根据计算单元216的计算结果,将电池20的充满电电量的初始值适当更新为当前的设定值。即,更新单元217根据长年老化程度和由计算单元216计算出的充满电电量的值,更新和校正预先设定的充满电电量的初始值。另外,更新步骤在由计算单元216每次计算充满电电量时均可以进行,也可以仅在计算值比设定值低时(或者低了规定值以上时)进行。
即,更新单元217通过检测单元215检测出将恒流充电方式切换至恒压充电方式的切换时间点,并基于该切换时间点以后的充电容量更新电池20的充满电电量。具体而言,更新单元217根据由检测单元215检测出的将恒流充电方式切换至恒压充电方式的切换时间点和达到充满电状态的时间点之间的充电容量、和将恒流充电方式切换至恒压充电方式的切换时间点的充电率(例如75%),更新电池20的充满电电量。
另外,电池20的充满电状态是由检测单元215根据电流测量单元211测量的每个规定周期的充电电流的测量值或测量值的变化来检测的。例如,检测单元215也可以在充电电流的测量值在规定值以下或者测量值在规定值以下的情形连续发生规定次数时,则判定已达到充满电状态。另外,检测单元215也可以在充电电流测量值的减少量小于规定值或者小于规定值的情形连续发生规定次数时,则判定已达到充满电状态。
如上所述,本实施方案的电池20(可充电电池的一示例)具备控制单元210(充电控制装置的一示例)。控制单元210在电池20的充电过程中测量充电电流,并基于测量的充电电流感知恒流充电方式被切换到恒压充电方式的情况。然后,控制单元210先检测将恒流充电方式切换到恒压充电方式的切换时间点,并基于该切换时间点以后的充电容量更新电池20的充满电电量。
由此,电池20即使不进行完全放电,也可以利用将恒流充电方式切换到恒压充电方式的事由,在实际使用中,也可以通过使用频度高的充电区域的充电来掌握和更新充满电电量。因此,在实际使用中可以适当更新电池20的充满电电量。另外,即使因为长年老化等原因,电池20的充满电电量发生变化时,电池20或电子设备10也可以始终向用户通知正确的电池剩余电量。
例如,可以预先设定在充电过程中将恒流充电方式切换到恒压充电方式的切换时间点的充电率。然后,控制单元210根据将恒流充电方式切换到恒压充电方式的切换时间点和达到充满电状态的时间点之间的充电容量和预先设定的充电率,计算并更新电池20的充满电电量。
即,在充电过程的时间段内,电池20可以利用将恒流充电方式切换到恒压充电方式的切换时间点的充电率已被确定的事由,在实际使用中,通过使用频度高的部分的充电,也可以掌握和更新充满电电量。
此外,控制单元210用规定的周期测量电池20的充电电流,当测量的每个规定周期的充电电流的测量值比上次的测量值减少规定值(例如,阈值(Ith))以上,且此种情况连续发生规定次数(例如,5次)时,检测恒流充电方式已被切换到恒压充电方式的情况。
进而,在充电过程的时间段内,电池能够更精确地检测出将恒流充电方式切换至恒压充电方式的切换时间点。
<第二实施方案>
接着,对本发明的第二实施方案进行说明。
在第一实施方案中,利用将可充电电池的充电过程中的恒流充电方式切换到恒压充电方式的关键点,计算和更新了可充电电池的充满电电量。然,在本实施方案中,利用可充电电池的内部电阻的变化来计算和更新可充电电池的充满电电量。
图7是表示本实施方案的充电特性中的内部电阻的变化的曲线图。在该图中,横轴表示充电率(SOC[%]),符号121代表的线表示电池电压(Vc),符号122代表的线表示充电电流(Ic[A]),符号123代表的线表示内部电阻(IR[mΩ])。从符号124代表部分的充电率(SOC[%])的变化和内部电阻(IR[mΩ])的变化可知,内部电阻达到最小的关键点与达到规定充电率的关键点一致。在图示的例子中,和内部电阻达到最小的关键点相对应的充电率为80%。
即,通过检测内部电阻达到最小的关键点的方法,将内部电阻达到最小的时间点和达到充满电状态的时间点之间的充电容量换算为充电率100%,藉此可以计算出充满电电量。这里由于出示了内部电阻达到最小时的充电率为80%的例子,所以将从该充电率达到80%的时间点和充电率达到100%的时间点之间的充电容量的测量结果作为C,并通过下面的式2可以计算出充满电电量(FCC)。
FCC=C×(100/20) · · · (式2)
另外,如在第一实施方案中说明的那样,和该内部电阻达到最小时的关键点相对应的充电率,如果是相同的电池,则可以使用相同的值,但在不同种类的电池中,有时会因材料等的不同会导致该充电率的不同,因此有必要根据电池的种类等预先设定该充电率。
图8是表示和本实施方案的可充电电池的一示例相关的电池20A的结构图。电池20A具有控制单元210A和电池芯单元220。控制单元210A包括电流测量单元211、电压测量单元212、内部电阻测量单元213A、检测单元215A、计算单元216A以及更新单元217。在该图中,对于和图4各部分相对应的结构标注了相同的符号,并省略了对其说明。
内部电阻测量单元213A根据由电流测量单元211测量的充电电流及由电压测量单元212测量的电池电压等,测量电池20A的内部电阻。
检测单元215A基于在充电过程中由内部电阻测量单元213A测量的内部电阻的测量值,检测内部电阻的变化。例如,检测单元215A检测在充电过程中的内部电阻的峰值。例如,检测单元215A检测在充电过程中的内部电阻达到最小时的关键点。以下,参照图9及图10,对检测电池20A的内部电阻达到最小时的关键点的具体实施例进行说明。
图9是表示将图7的充电特性的图中的内部电阻达到最小时的关键点的局部的扩大曲线图。符号123代表的线表示内部电阻(IR[mΩ])。当充电率(SOC)达到65%以上时,电压测量单元212开始测量内部电阻,且以规定的周期测量多次。电压测量单元212如果测量到充电率(SOC)达到65%时的内部电阻的测量值(IRa)减少了规定值(例如5mΩ)以上时,则在该时间点(充电率(SOC)为75%的时刻)以后,会以更小间隔进行测量。例如,电压测量单元212在充电率(SOC)每增加1%时,都会测量内部电阻。基于这样测量的内部电阻的测量值(IRc、IRd),检测单元215A在充电率(SOC)每增加1%时都会计算内部电阻的变化量,并检测内部电阻达到最小时的关键点。
图10是表示检测本实施方案的电池20A的内部电阻达到最小时的关键点(峰值)的内部电阻的峰值检测处理方法的一示例的流程图。参照该图10,对电池20A的控制单元210A实施的内部电阻的峰值检测处理方法进行说明。该内部电阻的峰值检测处理方法因电池20A的充电开始而开始。
(步骤S201)控制单元210A判断充电率(SOC)是否达到65%以上。另外,在图7的充电特性的曲线图中,充电率(SOC)达到65%的关键点的电池电压(Vc)为4.2V,因此控制单元210A也可以根据电池电压是否达到4.2V的判定方法来判断充电率(SOC)是否达到65%以上。当确定充电率(SOC)小于65%(电池电压未达到4.2V)时(NO),控制单元210A会重复步骤S201。另一方面,当确定充电率(SOC)达到65%以上(电池电压达到4.2V)时(YES),控制单元210A会进入步骤S203的处理过程。
(步骤S203)控制单元210A测量内部电阻(IR),并将测量值代入IRa。然后,进入步骤S205的处理过程。
(步骤S205)控制单元210A对规定时间(ΔtL)进行计时,经过规定时间(ΔtL)时,则进入步骤S207的处理过程。另外,规定时间(ΔtL)的经过和充电率(SOC)的增加相对应,因此控制单元210A也可以在充电率(SOC)例如增加了5%时,进入步骤S207的处理过程。
(步骤S207)控制单元210A测量内部电阻(IR),并将测量值代入IRb。然后,控制单元210A计算内部电阻的变化量ΔIR(ΔIR=IRb-IRa),并进入步骤S209的处理过程。
(步骤S209)控制单元210A判断内部电阻的变化量ΔIR是否减少了规定值IRth(例如5mΩ)以上。控制单元210A的判断结果为内部电阻的变化量ΔIR没有减少规定值IRth以上(NO)时,则会返回步骤S205的处理过程。另一方面,控制单元210A的判断结果为内部电阻的变化量ΔIR减少了规定值IRth以上(YES)时,则会进入步骤S211的处理过程。
(步骤S211)控制单元210A将最后测量的内部电阻(IR)代入IRc,并进入步骤S213的处理过程。最后测量的内部电阻(IR)是指内部电阻的变化量ΔIR减小规定值IRth以上时的IRb。在以后的处理中,控制单元210A在充电率(SOC)每增加1%时都会测量内部电阻,并检测内部电阻的变化量ΔIR。
(步骤S213)控制单元210A判断充电率(SOC)是否增加了1%。当判断结果为充电率(SOC)未增加1%的期间(NO)时,控制单元210A处在待机状态,当判断结果为增加了1%(YES)时,则会进入步骤S215的处理过程。另外,所述1%仅仅是本发明的一示例,本发明并不局限于此。
(步骤S215)控制单元210A测量内部电阻(IR),并将测量值代入IRd。然后,控制单元210A计算内部电阻的变化量ΔIR(ΔIR=IRd-IRc),并进入步骤S217的处理过程。
(步骤S217)控制单元210A根据在步骤S215中算出的内部电阻的变化量ΔIR,判断是否为内部电阻达到最小时的关键点。例如,在内部电阻的变化量ΔIR为0mΩ以上2mΩ以下时(ΔIR=0mΩ或0mΩ<ΔIR≦2mΩ)时,控制单元210A会判定内部电阻达到最小时间的关键点。控制单元210A的判定结果为不是内部电阻达到最小时的关键点(NO)时,则会返回步骤S211,将最后测量的内部电阻值IRd代入IRc。然后,控制单元210A在充电率(SOC)增加1%后再次测量内部电阻(IR),并判定是否为内部电阻达到最小时的关键点。另一方面,控制单元210A的判定结果为是内部电阻达到最小时的关键点(YES)时,则会进入步骤S219的处理过程。
(步骤S219)控制单元210A基于充电过程中的内部电阻达到最小时的关键点进行设定。即,控制单元210A基于充电容量累计开始关键点进行设定。
返回图8,计算单元216A根据在充电过程中由检测单元215A检测出的内部电阻达到最小时的关键点,并根据从该内部电阻达到最小时的时间点和达到充满电状态的时间点之间的充电容量,计算电池20A的充满电电量。例如,控制单元210A预先设定在充电过程中内部电阻达到最小的时间点的充电率(例如充电率80%)。计算单元216A首先获取充电过程的内部电阻达到最小的时间点和达到充满电状态(例如充电率80%~100%)的时间点之间的各充电容量,并根据该期间的电池电压的测量结果和充电电流的测量结果,累计充电容量的方式获得充电容量C。然后,计算单元216A根据该充电率为80%~100%的充电容量C,通过上述式2计算充满电电量(FCC)。
更新单元217根据计算单元216A的计算结果,将电池20A的充满电电量的初始值适当更新为当前的设定值。也就是说,更新单元217根据长年老化程度和由计算单元216A计算出的充满电电量的值,更新和校正预先设定的充满电电量的初始值。另外,更新步骤在由计算单元216A每次计算充满电电量时均可以进行,也可以仅在计算值比规定值低时(或者降低了规定以上时)下进行。
即,本实施方案中的更新单元217基于在充电过程中由内部电阻测量单元213A测量的内部电阻的变化来确定特定的时间点,并基于该时间点以后的充电容量,更新电池20A的充满电电量。具体地说,更新单元217根据在充电过程中由内部电阻测量单元213A测量的内部电阻达到最小的时间点和达到充满电状态的时间点之间的充电容量和预先设定的充电率(例如,充电率80%)来更新电池20A的充满电电量。
如上所述,本实施方案的电池20A(可充电电池的一例)具备控制单元210A(充电控制装置的一例)。控制单元210A测量电池20A的内部电阻,根据充电过程中的内部电阻的变化来确定一特定的时间点(例如峰值),并基于该时间点以后的充电容量,更新电池20A的充满电电量。
由此,电池20A即使不进行完全放电,也可以利用充电过程中的内部电阻的变化,进而在实际使用中,也可以通过频度高的充电区域的充电方法来掌握和更新充满电电量。因此,在实际使用中可以适当更新电池20A的充满电电量。另外,即使由于长年老化等的原因,电池20的充满电电量发生变化时,电池20或电子设备10也可以始终向用户通知正确的电池剩余电量。
例如,可以预先设定在充电过程中内部电阻达到最小的时间点的电池20A的充电率。然后,控制单元210A根据在充电过程中内部电阻达到最小的时间点和达到充满电状态的时间点之间的充电容量和预先设定的充电率,更新电池20A的充满电电量。
即,在充电过程的时间段内,电池20可以利用内部电阻达到最小的时间点的充电率已被确定的事由,在实际使用中,通过使用频度高的部分的充电,也可以掌握和更新充满电电量。
另外,检测单元215A也可以代替或者增加充电过程中的内部电阻达到最小的关键点,来检测内部电阻达到最大的关键点。例如,代替或者增加充电过程中的内部电阻达到最小的时间点的电池20A的充电率(例如80%),并基于此预先设定内部电阻达到最大的时间点的电池20A的充电率(例如95%)。计算单元216A也可以代替充电过程中的内部电阻达到最大的时间点和达到充满电状态的时间点之间的充电容量来计算充满电电量的方法,而使用基于充电过程中的内部电阻达到最小的时间点和达到充满电状态的时间点之间的充电容量来计算充满电电量。另外,计算单元216A也可以基于充电过程中的内部电阻达到最小的时间点和达到最大的时刻的时间点之间的充电容量来计算充满电电量。
图11是表示用于计算充满电电量的充电容量的测量期间的3个例子的图。(1)表示使用从内部电阻最小的时间点(充电率80%)到充满电状态(充电率100%)的充电容量的测量结果C1来计算充满电电量时的充电容量的测量期间。(2)表示使用从内部电阻最小的时间点(充电率80%)到最大的时刻(充电率95%)的充电容量的测量结果C2来计算充满电电量时的充电容量的测量期间。(3)表示使用从内部电阻最大时间点(充电率95%)到充满电状态(充电率100%)的充电容量的测量结果C3来计算充满电电量时的充电容量的测量期间。
如上所述,也可以预先设定充电过程中的内部电阻达到最大的时间点的电池20A的充电率,控制单元210A根据充电过程中的内部电阻达到最大的时间点和达到充满电状态的时间点之间的充电容量和预先设定的充电率来更新电池20A的充满电电量。
即,在充电过程的时间段内,电池20可以利用内部电阻达到最达的时间点的充电率已被确定的事由,在实际使用中,通过使用频度高的部分的充电,也可以掌握和更新充满电电量。
另外,可以分别预先设定充电过程中的内部电阻达到最小的时间点及达到最大的时间点的电池20A的充电率,控制单元210A也可以基于充电过程中的内部电阻达到最小的时间点和达到最大的时间点之间的的充电容量和预先设定充电率来更新电池20A的充满电电量。
即,在充电过程的时间段内,电池20可以利用内部电阻达到最小的时间点和内部电阻达到最大的时间点的充电率已被确定的事由,在实际使用中,通过使用频度高的部分的充电,也可以掌握和更新充满电电量。
另外,也可以在充电过程中的内部电阻的变化中产生的多个峰值中,选择最小峰值或最大峰值以外的峰值,并将其作为开始测量充电容量的关键点或结束的关键点来使用。
<第三实施方案>
接着,对本发明的第三实施方案进行说明。
在第二实施方案中,说明了利用电池20A的内部电阻的变化来更新充满电电量的例子,但在本实施方案中,对内部电阻的测量方法进行详细说明。
图12是表示本实施方案的电池芯单元220的等价电路的电池20A的框图。在该图中,对于和图8的各部分相对应的结构标注了相同的符号,并省略了对其说明。图示的内部电阻(IR)是电池芯单元220内部的电阻组成部分。在充电过程中,由于电流流过内部电阻(IR),进而会产生电压(V2)。因此,在充电电流(Ic)流过时(充电中)和不流过时(非充电中),电池20A的电池电压(Vc)会有不同。充电电流(Ic)流动时,由电池芯单元220的电压源产生的电压(V1)和由内部电阻(IR)产生的电压(V2=IR×Ic)之和成为电池电压(Vc)。另一方面,在充电电流(Ic)没有流过时,由电池芯单元220的电压源产生的电压(V1)会成为电池电压(Vc)。因此内部电阻测量单元213A测量充电电流(Ic)流过时的电池电压(Vc)和充电电流(Ic)未流过时的电池电压(Vc),并根据二者的差值来测量内部电阻(IR)。
图13是表示本实施方案的控制单元210A的内部电路概略的一个示意图。控制单元210A包括微处理器(MPU)、自控保护器(Self Control Protector,SCP)、安全芯片(SaftyIC)、热敏电阻(Thermistor)、场效应晶体管(以下简称为FET)等。在充电期间,控制单元210A会测量充电电流(Ic)流过时的电池电压(Vc),同时暂时切断与电池芯单元220的充电路径连接的FET,藉此测量充电电流(Ic)未流过时的电池电压(Vc)。
内部电阻测量单元213A通过暂时停止电池20A的充电期间的充电电流的方法,并根据停止前的电池20A的电压与停止中的电池20A的电压的差值来计算电池20A的内部电阻(IR)。下面,参照图14,对其进行具体说明。
图14是表示测量本实施方案的内部电阻时的电压、电流波形的曲线图。在此,将充电电流(Ic)流过时的电池电压(Vc=V1+V2)设为闭合电路电压(Closed Circuit Voltage,以下简称为CCV)。另外,通过将FET暂时设置为关闭(Cut off,以下简称为OFF)的方法,将充电电流(Ic)未流过时的电池电压(Vc=V1)设为开路电压(Open Circuit Voltage,以下简称为OCV)。内部电阻(IR)可以通过以下式3算出。
IR=(CCV-OCV)/IC···(式3)
图15是表示本实施方案的内部电阻测量处理方法的一示例的流程图。参照图15,对由控制单元210A实施的内部电阻测量处理方法进行说明。该内部电阻测量处理方法会在电池20A的充电期间实施。
(步骤S301)控制单元210A测量电池电压(Vc=V1+V2),并将测量值代入CCV。然后,进入步骤S303的处理过程。
(步骤S303)控制单元210A测量充电电流(Ic),并进入步骤S305的处理过程。
(步骤S305)控制单元210A将FET设置为OFF,停止向电池芯单元220提供充电电流(Ic)。然后,进入步骤S307的处理过程。
(步骤S307)控制单元210A测量电池电压(Vc=V1),并将测量值代入OCV。然后,进入步骤S309的处理过程。
(步骤S309)控制单元210A将FET设置为ON,重新向电池芯单元220提供给充电电流(Ic)。然后,进入步骤S311的处理过程。
(步骤S311)控制单元210A使用测量值CCV、OCV、IC,通过式3计算内部电阻(IR)。
控制单元210A在电池20A的充电期间内多次实施所述测量处理。即,内部电阻测量单元213A在电池20A的充电期间内多次测量电池20A的内部电阻。检测单元215A根据由内部电阻测量单元213A测量的内部电阻的变化,检测内部电阻的峰值。例如,通过内阻测量单元213A的多次测量获得的内部电阻值的变化量达到规定的阈值以下(例如,0mΩ或2mΩ以下)时,检测单元215A将其作为峰值而选出。
另外,内部电阻测量单元213A在检测内部电阻的峰值时会变更内部电阻的测量频率(测量周期)。如上所述,在测量内部电阻时会暂时停止充电电流,因此如果总是以高频率进行测量,则有时会影响到达到充满电状态的充电时间。因此,在位于测出的峰值附近的期间,通过高频率的测量方法来提高测量精度,在此以外的期间,通过降低测量频率方法来控制对充电时间的影响。
图16是表示本实施方案的充电期间的内部电阻的测量时刻(timing)的第一示例的曲线图。该图表示在检测内部电阻成为最小(IRmin)的关键点(时刻tc)时的内部电阻的测量时刻(timing)。在该图中,横轴表示充电时间,符号131代表的线表示电池电压(Vc[V]),符号132代表的线表示充电电流(Ic[A]),符号133代表的线表示内部电阻(IR[mΩ]),符号134代表的线表示充电率(SOC[%])。
当在充电率(SOC)小于60%的期间T11内,内部电阻测量单元213A以窄周期(例如SOC每次增加10%)来测量内部电阻(IR)。另外,当充电率(SOC)达到60%以上时,内部电阻测量单元213A会提高内部电阻的测量频率。例如,内部电阻测量单元213A在充电率(SOC)达到60%时,SOC每增加1%时都会测量内部电阻(IR)。另外,也可以将充电率(SOC)达到60%的电池电压(Vc)设定为规定的阈值,内部电阻测量单元213A在由电压测量单元212测量的电池电压(Vc)达到规定的阈值时,也可以提高内部电阻(IR)的测量频率。
另外,内部电阻测量单元213A根据由检测单元215A测得的内部电阻(IR)的峰值(内部电阻成为最小的关键点)来降低测量频率,即,内部电阻测量单元213A在充电率(SOC)小于60%的期间T11内,会降低测量频率,在充电率(SOC)达到60%到检测出内部电阻(IR)成为最小的关键点为止的期间T12内,会提高测量频率,并在检测出内部电阻成为最小的关键点之后,会再次降低测量频率。藉此,能够在提高检测点的精度的同时,抑制在达到充满电状态之前对充电时间的影响(充电时间变长)。另外,内部电阻测量单元213A也可以使T13期间的测量频率比T11期间的测量频率更低。另外,内部电阻测量单元213A在期间T13中,可以随着充电时间的经过逐渐降低测量频率,也可以停止测量。
以下,将内部电阻的测量频率低的测量模式称为窄周期测量模式,将内部电阻的测量频率高的测量模式称为宽周期测量模式。
接着,参照图17,对变更内部电阻的测量频率(测量周期)来检测内部电阻成为最小的关键点的内部电阻的峰值检测处理方法进行说明。
图17是表示本实施方案的内部电阻的峰值检测处理方法的一个示例的流程图。该内部电阻峰值检测处理方法因电池20A的充电开始而开始。在开始时刻,其被设定为窄周期测量模式。
(步骤S401)控制单元210A测量电池20A的内部电阻(IR)。具体而言,控制单元210A通过实施图15所示的内部电阻测量处理过程的方法来测量内部电阻(IR)。然后,进入步骤S403的处理过程。
(步骤S403)控制单元210A确认充电电流(Ic)未流过时的电池电压(Vc=V1)。该电池电压(Vc=V1)是在步骤S401中实施的内部电阻测量处理方法时测得的电压。然后,进入步骤S405的处理过程。
(步骤S405)控制单元210A判断在步骤S401中测量的电池电压(Vc=V1)是否达到3.9V以上。例如,该3.9V是充电率(SOC)达到60%时的电池电压(Vc=V1)的一个示例。即,控制单元210A通过该判断处理方法判断充电率(SOC)是否达到了60%。判断结果为电池电压(Vc=V1)小于3.9V(NO)时,控制单元210A进入步骤S407的处理过程。另一方面,控制单元210A的判断结果为电池电压(Vc=V1)达到3.9V以上(YES)时,会进入步骤S409的处理过程。
(步骤S407)控制单元210A判断充电率(SOC)是否增加了10%。在充电率(SOC)未增加10%的期间(NO)内,控制单元210A会处在待机状态,判定结果为充电率(SOC)增加了10%(YES)时,返回步骤S401的处理过程,并测量电池20A的内部电阻(IR)。即,控制单元210A在电池电压(Vc=V1)小于3.9V(图16的T11期间)时,充电率(SOC)每增加10%时,都会测量内部电阻(IR)(窄周期测量模式)。另外,该充电率(SOC)每增加10%时进行测量的周期是窄周期测量模式下的测量周期的一示例,但本发明并不局限定于此。另一方面,控制单元210A判定结果为充电率(SOC)增加了10%(YES)时,会进入步骤S409的处理过程。
(步骤S409)控制单元210A从窄周期测量模式向宽周期测量模式转变。然后,进入步骤S411的处理过程。
(步骤S411)控制单元210A将最后测量的内部电阻(IR)代入IRc,并进入步骤S413的处理过程。最后测量的内部电阻(IR)是指在步骤S405中判定电池电压(Vc=V1)为3.9V以上时的内部电阻IR的测量值。在以后的处理中,控制单元210A在充电率(SOC)每增加1%时都会测量内部电阻,检测内部电阻的变化量ΔIR。
(步骤S413)控制单元210A判断充电率(SOC)是否已增加了1%。在充电率(SOC)未增加1%的期间(NO),控制单元210A处在待机状态,当判定结果为已增加了1%(YES)时,进入步骤S415的处理过程。另外,该充电率(SOC)每增加1%时进行测量的周期是宽周期测量模式下的测量周期的一例,本发明并不局限定于此。宽周期测量模式的测量周期只要是比窄周期测量模式的测量周期宽即可。
(步骤S415)控制单元210A测量内部电阻(IR),并将测量值代入IRd。然后,控制单元210A算出内部电阻的变化量ΔIR(ΔIR=IRd-IRc),并进入步骤S417的处理过程。
(步骤S417)控制单元210A根据在步骤S415中算出的内部电阻的变化量ΔIR,判断是否为内部电阻成为最小的关键点。例如,控制单元210A在内部电阻的变化量ΔIR为0mΩ以上2mΩ以下时(ΔIR=0mΩ或0mΩ<ΔIR≦2mΩ),会判定是内部电阻成为最小的关键点。控制单元210A的判定结果为不是内部电阻成为最小的关键点(NO)时,会返回步骤S411的处理过程,并将最后测量的内部电阻值IRd代入IRc。然后,控制单元210A在充电率(SOC)增加1%后会再次测量内部电阻(IR),并判定是否为内部电阻成为最小的关键点。另一方面,控制单元210A在判定是内部电阻成为最小的关键点(YES)时,会进入步骤S419的处理过程。
(步骤S419)控制单元210A设定充电过程中的内部电阻成为最小的关键点。即,控制单元210A设定充电容量的累计开始点。然后,进入步骤S421的处理过程。(步骤S421)控制单元210A从宽周期测量模式返回到窄周期测量模式。另外,控制单元210A可以返回到与步骤S401~S409的恒定周期测量模式相同的测量周期,同时也可以设为窄周期。另外,控制单元210A可以随着充电时间经过而逐渐降低测量频率,也可以在到达充满电状态之前停止测量。
在上面,参照图16及图17,说明了在检测内部电阻成为最小的关键点时,向宽周期测量模式迁移的例子,但在检测内部电阻的其他峰值时,也可以同样地向宽周期测量模式迁移。
图18是表示本实施方案的充电期间中的内部电阻的测量时刻(timing)的第二例的曲线图。在该图中,与图16同样,将横轴作为充电时间,符号131代表的线表示电池电压(Vc[V]),符号132代表的线表示充电电流(Ic[A]),符号133代表的线表示内部电阻(IR[mΩ]),符号134代表的线表示充电率(SOC[%])。
在图示的例子中,不仅在检测内部电阻成为最小(IRmin)的关键点(时刻tc)时,也在内部电阻成为最大(IRmax)的关键点(时刻tm)时,将窄周期测量模式转移到宽周期测量模式。另外,通过内部电阻成为最小的关键点,检测之前的两个峰值(IRp1、IRp2)时,也可以将窄周期测量模式转变为宽周期测量模式。这样,控制单元210A在从比检测对象的峰值的稍早的时刻(Timing)到检测出峰值的期间,将窄周期测量模式转移到宽周期测量模式。作为检测对象的峰值可以是内部电阻成为最小的关键点以及内部电阻成为最大的关键点中的任意一个或两个,也可以是代替它们或者附加的其他峰值,例如是位于内部电阻成为最小的关键点之前的峰值(例如IRp1、IRp2等)。
如上所述,本实施方案的电池20A(可充电电池的一例)的控制单元210A在电池20A的充电期间内多次测量电池20A的内部电阻,根据测得的内部电阻的变化检测内部电阻的峰值。另外,控制单元210A参照测出内部电阻的峰值来检测电池20A的充满电电量。
由此,电池20A能够更精确地检测内部电阻的峰值。另外,电池20A使用检测内部电阻的峰值时,即使不完全放电,在实际使用中,也可以通过使用频率高的充电区域的充电来更精确地检测充满电电量。
另外,当在电池20A的充电期间内进行多次测量而测得的内部电阻值的变化量达到规定的阈值以下(例如,0mΩ或2mΩ以下)时,将其作为内部电阻的峰值挑选出来。
藉此,电池20A能够容易且更精确地检测出内部电阻的峰值。
此外,控制单元210A测量电池20A电压,当在电池20A的充电期间测量的电池电压达到规定的阈值(例如3.9V)时,会提高内部电阻的测量频率。
由于电池20A仅在充电期间中的一部分期间内提高测量频率,因此能够抑制带给充电时间的影响,且能够更精确地检测出内部电阻的峰值。
另外,控制单元210A根据检测到内部电阻的峰值,降低测量频率。
由于电池20A在检测出内部电阻的峰值后会降低测量频率,因此能够抑制带给充电时间的影响,且能够更精确地检测出内部电阻的峰值。
另外,控制单元210A通过在电池20A的充电期间暂时停止充电的方法,并根据停止前的电池20A的电压与停止中的电池20A的电压的差值,来计算电池20A的内部电阻。
藉此,电池20A能够容易且更精确地检测出内部电阻。
另外,控制单元210A也可以根据多次测量的内部电阻的变化来检测内部电阻的峰值,并参照测出的内部电阻的峰值,检测将恒流充电方式切换到恒压充电方式的切换关键点。例如,电池20A将内部电阻达到峰值时的时间点作为基准,并在该基准下测量充电电流,通过此方法也可以检测将恒流充电方式切换到恒压充电方式的切换关键点;确认将恒流充电方式切换到恒压充电方式的切换点与内部电阻成为峰值时的时间点之间的时间相关性,通过此方法也可以确定将恒流充电方式切换到恒压充电方式的切换点。
电池20A通过参照内部电阻的峰值的方法,能够容易且更精确地检测出将恒流充电方式切换至恒压充电方式的切换关键点。因此,电池20A即使不完全放电,在实际使用中也能够通过使用频率高充电区域的充电来更精确地检测出充满电电量。
<第四实施方案>
接着,对本发明的第四实施方案进行说明。
在上述第二实施方案说明的例子中,先检测可充电电池的内部电阻成为最小或最大的关键点,之后根据该关键点以后到达到充满电状态时的充电容量来计算并更新了充满电电量,但是该例子仅在充满电电量(FCC)和充电率(SOC)处在一定的误差范围内时才有效。假设由于其他的原因,充满电电量的更新值与实际的充满电电量之间的误差变大时,检测内部电阻成为最小或最大时的关键点的测量期间会发生偏移,进而会有无法进行正确的检测的情况。例如,在比通常的使用环境温度更低的环境下更新充满电电量时,因为低温环境可充电电池的容量会降低,进而充满电电量有时会更新为较低的值。在该情况下,在通常的使用环境中再次使用时,充满电电量的更新值与实际的充满电电量之间的误差会变大。
图19是表示充满电电量的更新值与实际的充满电电量的误差较小时的充电特性的示例图。在该图中,横轴表示充电时间,符号141代表的线表示电池电压(Vc[V]),符号142代表的线表示充电电流(Ic[A]),符号144代表的线表示充电率(SOC[%])。在此,将充电率(SOC)达到60%~80%的期间作为内部电阻的测量期间T21。如果充满电电量的更新值与实际的充满电电量的误差较小,则可以通过在该测量期间T21测量内部电阻的方法来,更精确地检测内部电阻达到最小的关键点。在测量期间T21之后,在内部电阻达到最小的关键点和检测满充电状态的时间点(时刻tf为止)之间的期间T31,通过测量充电容量的方法,可以更精确地更新充满电电量。
另一方面,图20及图21表示充满电电量的更新值与实际的充满电电量之间的误差变大的例子。
图20是表示实际的充满电电量比充满电电量的更新值更大时的充电特性的一个示例的图。该图与图19同样,横轴为充电时间,符号141代表的线表示电池电压(Vc[V]),符号142代表的线表示充电电流(Ic[A]),符号144代表的线表示充电率(SOC[%])。由于实际的充满电电量比充满电电量的更新值更大,所以即使实际上没有达到充满电电量,也会在充电过程中的某一时间点(时刻te)会到达充满电电量(FCC)的更新值,基于该更新值算出的充电率会达到100%。此后,在达到真实的充满电状态的时间点(时刻tf)之前的期间内,会维持充电率为100%的状态。维持该充电率为100%的状态时,如果“时刻te~时刻tf”的期间的宽度(以下称为“Hold宽度”)越长,充满电电量的更新值与实际的充满电电量之间的误差会越大。例如,实际充满电电量比充满电电量的更新值越大,则Hold宽度会越长。
Hold宽度越长,充电率的上升会越快。因此,用于测量内部电阻的测量期间T22(充电率为60%~80%的期间)相较于图19所示的误差较小的状态下的测量期间T21,会向前偏移。如果内部电阻的测量期间不正确,则可能在测量期间内检测出多个内部电阻成为最小时的关键点的候补,或者内部电阻成最小时的关键点偏离测量期间的情形,进而不能正确地检测出内部电阻成为最小时的关键点。
图21是表示实际的充满电电量比充满电电量的更新值小时的充电特性的一个示例的图。该图与图19及图20同样,横轴为充电时间,符号141代表的线表示电池电压(Vc[V]),符号142代表的线表示充电电流(Ic[A]),符号144代表的线表示充电率(SOC[%])。由于实际的充满电电量比充满电电量的更新值小,所以即使到达实际上被判定为充满电状态的时间点(时刻tf),基于充满电电量的更新值算出的充电率也不会达到100%。但是,当达到被判定为充满电状态的时间点(时刻tf)时,充电率的值会被校正为100%(即,充电率的值会发生跳跃(jump))。从根据该充满电电量的更新值计算出的充电率到校正后的充电率100%的差值(以下称为“Jump宽度”)越大,充满电电量的更新值与实际的充满电电量之间的误差会越大。例如,实际的充满电电量比充满电电量的更新值越小,Jump宽度会越大。
Jump宽度越大,充电率的上升会越慢。因此,用于测量内部电阻的测量期间T23(充电率为60%~80%的期间)会相对于图19所示的误差小的状态下的测量期间T21的前面开始,且其期间也变长。如果内部电阻测量期间不正确,则有可能在测量期间内检测出多个内部电阻成为最小时的关键点的候补,或者内部电阻成最小时的关键点偏离测量期间,进而不能正确地检测出内部电阻成为最小时的关键点。
因此,在本实施方案中,在充满电电量的更新值与实际的充满电电量之间的误差较大时,会进行位于内部电阻的测量期间的校正。例如,在充电率的Hold宽度达到规定值(例如20分钟)以上时,或者充电率的Jump宽度达到规定值(例如3%)以上时,会进行内部电阻的测量期间的校正。
图22是表示作为本实施方案有关的可充电电池的一例的电池20B结构的示例的框图。电池20B具有控制单元210B和电池芯单元220。控制单元210B包括电流测量单元211、电压测量单元212、内部电阻测量单元213B、检测单元215B、计算单元216B以及更新单元217。另外,在该图中,对和图4、图8及图12各部分相对应的结构标注了相同的符号,并省略了对其说明。
内部电阻测量单元213B根据由电流测量单元211测量的充电电流及由电压测量单元212测量的电池电压等,测量电池20B的内部电阻。例如,内部电阻测量单元213B在充电过程中的电池20B的充电率从60%达到80%(60%~80%)的测量期间内测量电池20B的内部电阻。然后,检测单元215B根据由内部电阻测量单元213B在测量期间测量的内部电阻值,检测测量期间内的内部电阻的峰值。
另外,当由更新单元217更新的充满电电量的更新值与由更新后的充电引起的实际的充满电电量之间的差值(误差)达到规定值以上时,内部电阻测量单元213B会校正内部电阻的测量期间。然后,检测单元215B根据由内部电阻测量单元213B校正且位于测量期间内的内部电阻的测量值,检测内部电阻的峰值。另外,内部电阻的峰值可以是内部电阻成为最小的关键点和成为最大的关键点中的任意一者,也可以是两者,但在本实施方案中以内部电阻成为最小的关键点为例进行说明。
图23是表示充电率的Hold宽度达到规定值(例如20分钟)以上时在测量期间内进行校正的一个示例的图。在该图中,横轴表示充电时间,符号143代表的线表示内部电阻(IR[mΩ]),符号144代表的线表示充电率(SOC[%])。例如,当Hold宽度达到规定值(例如20分钟)以上时,内部电阻测量单元213B不会变更相对于测量期间T22(充电率为60%~80%的期间)的测量开始的时间点,而是将其变更为测量结束的时间点被提前的测量期间T22s。通过缩小测量期间的方法,可以筛选内部电阻成为最小时的关键点的候补,检测出最佳的内部电阻的峰值。
图24是表示充电率的Jump宽度达到规定值(例如3%)以上时在测量期间内进行校正的一个示例的图。该图与图24相同,横轴表示充电时间,符号143代表示的线表示内部电阻(IR[mΩ]),符号144代表的线表示充电率(SOC[%])。例如,当Jump宽度达到规定值(例如20,例如3%)以上时,内部电阻测量单元213B延迟相对于测量期间T23(充电率为60%~80%的期间)的测量开始的时间点,并将其变更为测量结束的时间点不变的测量期间T23s。在该情况下,通过缩小测量期间的方法,可以筛选内部电阻成为最小的关键点的候补,检测出最佳的内部电阻的峰值。
另外,在所述的测量期间的校正中,对变更测量开始的时间点和测量结束的时间点中的任一方的方法进行了说明,但该方法只是本发明的一示例,本发明不局限于此。例如,测量期间的校正方法,可以变更测量开始的时间点和测量结束的时间点这两者,也可以将测量期间整体移动到前方或后方。
即使充满电电量的更新值与实际的充满电电量之间的误差较大,校正后的测量期间开始后,如果能够适当地检测出内部电阻达到最小的关键点,计算单元216B则根据内部电阻达到最小的时间点和达到到充满电状态的时间点之间的充电容量,计算电池20B的充满电电量。更新单元217根据计算单元216B的计算结果,更新电池20B的充满电电量的设定值。藉此,电池20B能够适当地更新充满电电量。
另外,有时即使校正了测量期间,也不能正确检测出内部电阻的峰值(例如内部电阻成为最小的关键点)。例如,即使对测量期间进行了校正,但因有内部电阻值接近最小且仅有微小差异的多个关键点,故有必要筛选一个关键点,或者即使对测量期间进行了校正,内部电阻成为最小时的关键点之间的差值过大时,无法检测内部电阻成为最小的关键点。在该情况下,电池20B也可以用预先设定的值,对充满电电量的更新值进行校正和更新。
例如,充满电电量的更新值与实际的充满电电量的误差较大时,计算单元216B计算由更新单元217更新的充满电电量的校正值。例如,当充电率的Hold宽度达到规定值(例如20分钟)以上时,计算单元216B计算已补偿(offset)了预先设定的比例(例如+3%~+9%)的校正值,其中该比例是基于上次的充满电电量的更新值预先设定的。另外,当充电率的Jump宽度达到规定值(例如3%)以上时,计算单元216B计算已补偿了预先设定的比例(例如-3%~-9%)的校正值,其中该比例是基于上次的充满电电量的更新值预先设定的。用于各校正的偏移量可以是预先设定的一规定值,也可以是预先设定一定的比例范围(例如+3%~+9%、-3%~-9%等)后,再从该范围中选择的最佳值。例如,也可以根据充满电电量的更新值与实际的充满电电量之间的误差来选择最佳值。
另外,通过校正测量期间的方法,已检测出内部电阻成为最小的关键点时,计算单元216B也可以使测量期间相对于充满电电量偏移和预先设定的比例相对应的当量,藉此计算校正值。不是单纯地根据充满电电量的更新值与实际的充满电电量之间的误差的大小来决定偏移量,而是通过该误差的大小和内部电阻成为最小的关键点的检测方法的结合,可以提高充满电电量的更新精度。
接着,参照图25,对控制单元210B实施的充满电电量的更新处理方法进行说明。图25是表示本实施方案的充满电电量的更新处理方法的一示例的流程图。
(步骤S501)控制单元210B在开始充电,且充电率达到60%时,进入步骤S503的处理过程。
(步骤S503)控制单元210B测量内部电阻(IR),并进入步骤S505的处理过程。
(步骤S505)控制单元210B使充电率(SOC)与测量的内部电阻值关联后将其保存,并开始计算充满电电量(FCC)。然后,进入步骤S507的处理过程。
(步骤S507)控制单元210B判断是否是内部电阻(IR)的测量的结束关键点(例如充电率80%)。控制单元210B的判定结果为不是内部电阻(IR)的测量的结束关键点(NO)时,返回步骤S501,继续进行充电及内部电阻(IR)的测量。另一方面,控制单元210B的判定结果为是内部电阻(IR)的测量的结束关键点(YES)时,结束内部电阻(IR)的测量,并进入步骤S509的处理过程。所述步骤S501~S507的处理是在充电过程中的内部电阻(IR)的测量期间进行的处理。
(步骤S509)当内部电阻(IR)的测量结束时,控制单元210B可以在不测量内部电阻(IR)的情况下进行充电,并进入步骤S511的处理过程。
(步骤S511)控制单元210B基于充电电流的测量值来判断是否已检测了充满电状态。控制部单元210B的判定结果为还没有检测充满电状态(NO)时,返回步骤S509的处理过程,并继续进行不测量内部电阻(IR)的充电。另一方面,控制单元210B的判定结果为已检测了充满电状态(YES)时,进入步骤S513的处理过程。
(步骤S513)控制单元210B结束充电,并进入步骤S515的处理过程。
(步骤S515)控制单元210B判断充满电状态被检测之前的充电率的Hold宽度是否达到规定值(例如,20分钟)以上。当控制单元210B的判定结果为Hold宽度已达到规定值(例如20分钟)以上(YES)时,进入步骤S521的处理过程。另一方面,当控制单元210B的判定结果为Hold宽度小于规定值(例如,20分钟)(NO)时,进入步骤S517的处理过程。
(步骤S517)控制单元210B判断充满电状态被检出时的充电率的Jump宽度是否达到规定值(例如3%)以上。当控制单元210B的判断结果为Jump宽度已达到规定值(例如3%)以上(YES)时,进入步骤S531的处理过程。另一方面,当控制单元210B的判断结果为Jump宽度小于规定值(例如3%)(NO)时,进入步骤S519的处理过程。
(步骤S519)控制单元210B根据在步骤S501~S507的内部电阻(IR)的测量期间内内部电阻(IR)从最小的关键点到达到充满电状态的充电容量,更新为已计算的充满电电量(FCC)。
(步骤S521)控制单元210B在步骤S515中已判定Hold宽度达到规定值(例如20分钟)以上,因此校正内部电阻(IR)的测量期间(参照图23),根据在校正后的测量期间内测量的内部电阻的测量值,检测内部电阻成为最小的关键点。另外,控制单元210B也可以在从内部电阻(IR)的测量期间的中心偏移-3%~-9%的范围内检测内部电阻成为最小的关键点。然后,进入步骤S523的处理过程。
(步骤S523)控制单元210B判断是否检测到内部电阻(IR)成为最小的关键点。控制单元210B的判定结果为可以检测出内部电阻(IR)成为最小的关键点(YES)时,进入步骤S525的处理过程。另一方面,控制单元210B的判定结构为不能检测出内部电阻(IR)成为最小的关键点(NO)时,进入步骤S527的处理过程。
(步骤S525)控制单元210B基于在步骤S521中检测的内部电阻(IR)成为最小的关键点到达到充满电状态的充电容量,更新为已计算的充满电电量(FCC)。
(步骤S527)控制单元210B在校正值中更新充满电电量(FCC),所述的校正值是相对于上一次充满电电量(FCC)的更新值的比例(例如+9%),偏移了和预先设定的比例(例如+9%)相关的当量的校正值。
(步骤S531)控制单元210B在步骤S517中已判定Jump宽度达到规定值(例如3%)以上,因此会校正内部电阻(IR)的测量期间(参照图24),并根据在校正后的测量期间内测量的内部电阻的测量值,检测内部电阻成为最小的关键点。另外,控制单元210B也可以在从内部电阻(IR)的测量期间的中心偏移+3%~+9%的范围内检测内部电阻成为最小的关键点。然后,进入步骤S53的处理过程。
(步骤S533)控制单元210B判断是否已检测到内部电阻(IR)成为最小的关键点。控制单元210B的判定结果为能够检测出内部电阻(IR)成为最小的关键点(YES)时,进入步骤S535的处理过程。另一方面,控制单元210B的判定结构部为不能检测出内部电阻(IR)成为最小的关键点(NO)时,进入步骤S537的处理过程。
(步骤S535)控制单元210B基于从在步骤S531中检测出的内部电阻(IR)成为最小的关键点到达到充满电状态的充电容量,更新为已计算的充满电电量(FCC)。
(步骤S537)控制单元210B在校正值中更新充满电电量(FCC),所述的校正值是相对于上次的充满电电量(FCC)的更新值偏移了和预先设定的比例(例如-9%)相关的当量的校正值。
另外,控制单元210B在充满电电量(FCC)及充电率(SOC)的误差较大,且在测量范围内无法检测内部电阻(IR)成为最小的关键点时,以最大的偏移量(例如+9%或-9%)校正和更新充满电电量(FCC),在校正不够时,可以通过逐渐减少偏移量的方法,多次进行阶段性的更新步骤。例如,在充满电电量(FCC)及充电率(SOC)的误差为-20%时,控制单元210B也可以按以下的(1)~(4)的所示,阶段性地更新充满电电量(FCC)。
(1)在第一次充电过程中检测到20分钟以上的Hold宽度时,在第一次校正中,控制单元210B在校正值中更新充满电电量(FCC),所述校正值是相对于上次的充满电电量(FCC)的更新值偏移了+9%的校正值。通过此步骤,误差从-20%变为-11%。
(2)在第二次充电过程中检测到20分钟以上的Hold宽度时,在第二次校正中,控制单元210B在校正值中更新充满电电量(FCC),所述校正值是相对于上次(所述第一次校正)的充满电电量(FCC)的更新值偏移了+6%的校正值。通过此步骤,误差从-11%变为-5%。
(3)在第三次充电中检测到20分钟以上的Hold宽度时,在第三次校正中,控制单元210B在校正值中更新充满电电量(FCC),所述校正值是相对于上次(所述第二次校正)的充满电电量(FCC)的更新值偏移了+3%的校正值。通过此步骤,误差从-5%变为-2%。
(4)控制单元210B通过上述1~3次的校正,在第四次充电中,可以在不足20分钟Hold宽度且未满3%的Jump宽度的状态下完成充电。
开始时,控制单元210B会以最大偏移量进行校正,之后采用逐渐减少偏移量,且进行多次边阶段性的校正及更新的方法,进而可以在最后(在此为第三次)的校正中进行微调,更精确地更新电池20B的充满电电量。
如上所述,本实施方案的电池20B(可充电电池的一例)具备控制单元210B(充电控制装置的一例)。控制单元210B在充电过程中从电池20B充电率达到第一阈值(例如60%)到达到第二阈值(例如80%)的测量期间内测量电池20B的内部电阻,根据该测量期间测量的内部电阻的测量值检测测量期间内的内部电阻的峰值。
电池20B通过基于充电率在适当的期间内测量的内部电阻,来确定充电过程中的内部电阻的峰值(例如内部电阻最小的点),并基于该内部电阻的峰值以后的充电容量,可以更精确地更新电池20B的充满电电量。
另外,控制单元210B在更新后的充满电电量(上次的充满电电量的更新值)与更新后的充电引起的实际的充满电电量之间的差值(误差)达到规定值以上(例如,Hold宽度为20分钟以上,或者Jump宽度为3%以上)时,会校正内部电阻的测量期间。然后,控制单元210B根据在校正后的测量期间内测量的内部电阻的测量值,检测内部电阻的峰值。
由此,即使充满电电量的更新值与实际的充满电电量之间的误差较大,电池20B也可以通过校正内部电阻的测量期间的方法来检测内部电阻的峰值,藉此可以更精确地更新电池20B的充满电电量。
另外,控制单元210B在更新后的充满电电量(上次的充满电电量的更新值)与更新后的充电引起的实际的充满电电量之间的差值(误差)达到规定值以上(例如,Hold宽度为20分钟以上,或者Jump宽度为3%以上)时,也可以将已被更新的充满电电量按照预先设定的比例(例如+3%~+9%、-3%~-9%等)更新为校正后的值。
由此,即使在电池20B因充满电电量的更新值与实际的充满电电量之间的差值(误差)较大而无法检测出内部电阻的峰值时,也可以按照一定比例来校正和更新充满电电量。另外,在进行一次校正后,充满电电量的更新值与实际的充满电电量仍存在差值时,电池20B可以通过进行多次校正的方法来更精确地更新充满电电量。
<第五实施方案>
接着,对本发明的第五实施方案进行说明。
在本实施方案中,对不检测内部电阻的峰值,而根据与充满电电量的更新值和实际的充满电电量之间的差值相对应的容量当量,来校正和更新充满电电量的结构例进行说明。另外,本实施方案的电池20B中的控制单元210B的基本结构与图22所示的结构相同,本实施方式仅对与第四实施方案不同的部分进行说明。例如,控制单元210B将与图20所示的Hold宽度以及图21所示的Jump宽度相对应的充电容量的当量直接作为误差量,并对上次的充满电电量的更新值进行校正。
图26是表示通过与Hold宽度相对应的充电容量来校正充满电电量的情况的说明图。当实际的充满电电量比充满电电量的更新值更大时,计算单元216B计算位于Hold宽度的期间内的电流量或电量的累计值X。然后,计算单元216B将该累计值X加到充满电电量的更新值上并校正后的值作为电池20B的充满电电量进行计算。
作为一个例子,假设位于Hold宽度中的电流量的累计值为500mA、标称电压为15.2V、上次的充满电电量的更新值为50.0Wh。在该情况下,若将充满电电量的更新值50.0Wh换算为电流量,则可以得到3.289Ah(50.0Wh/15.2V=3.289Ah),因此在上次的充满电电量的更新值中加上Hold宽度中的电流量的累计值而获得的校正后的充满电电量为(3.289A+0.5A)×15.2V=57.59Wh。
图27是表示通过与Jump宽度对应的充电容量校正充满电电量的情况的说明图。当实际的充满电电量比充满电电量的更新值小时,计算单元216B计算与Jump宽度相对应的充电率的变化量。然后,计算单元216B从充满电电量的更新值中减去并修改与该充电率的变化量相对应的容量当量,藉此来获得一值,并将该值作为电池20B的充满电电量进行计算。
作为一个例子,当Jump宽度的充电率的变化量为5%、上次的充满电电量的更新值为50.0Wh时,校正后的充满电电量为50.0Wh×0.95=47.5Wh。
接着,参照图28,对控制单元210B执行的充满电电量的更新处理方法进行说明。图28是表示本实施方案的充满电电量的更新处理方法的一个示例的流程图。该图的步骤S601~S613中的各个处理步骤与图25的步骤S501~S513中的各处理步骤相同,因此省略了对其说明。
(步骤S615)控制单元210B判断是否已检测出检测出充满电状态之前的充电率的Hold宽度。另外,控制单元210B在判断是否已检测出Hold宽度时,也可以使用预先设定的阈值(例如1分钟、10分钟、20分钟等)来进行判断。控制单元210B的判定结果为已检测出Hold宽度(YES)时,进入步骤S621的处理过程。另一方面,控制单元210B的判定结果为未检测出Hold宽度(NO)时,进入步骤S617的处理过程。
(步骤S617)控制单元210B判断是否已检测出充满电状态被检测出时的充电率的Jump宽度。另外,控制单元210B在判断是否已检测出Jump宽度时,也可以使用预先设定的阈值(例如1%、2%、3%等)来进行判断。控制单元210B的判定结果为已检测出Jump宽度(YES)时,进入步骤S631的处理过程。另一方面,控制单元210B的判定结果为未检测出Jump宽度(NO)时,进入步骤S619的处理过程。
(步骤S619)控制单元210B更新为新的充满电电量(FCC),所述充满电电量(FCC)是基于在步骤S601~S607内部电阻(IR)的测量期间内内部电阻(IR)从成为最小的关键点到达到充满电状态为止的充电容量算出的。
(步骤S621)控制单元210B在校正值中更新充满电电量(FCC),所述校正值是在上次的充满电电量(FCC)的更新值上追加了与检测出的Hold宽度相对应的充电容量当量的校正值。与Hold宽度相对应的容量当量,例如可以和充电容量的累计值相当。
(步骤S631)控制单元210B在校正值中更新充满电电量(FCC),所述校正值是从上次的充满电电量(FCC)的更新值中减去与检测出的Jump宽度相对应的充电容量当量来获得的校正值。
如上所述,本实施方案的电池20B(可充电电池的一例)具备控制单元210B(充电控制装置的一例)。控制单元210B先确定更新后的电池20B的充满电电量(上次的充满电电量的更新值)以及和更新后的充电相对应的实际的电池20B的充满电电量之间的差值(误差),并基于和该差值(误差)相对应的容量当量来校正和更新更新后的电池20B的充满电电量。
由此,电池20B可以根据充满电电量的更新值与实际的充满电电量的差值(误差),适当地校正和更新充满电电量。另外,在进行一次校正后,充满电电量的更新值与实际的充满电电量之间的差值仍存在时,电池20B通过进行多次校正方法,也可以更精确地更新充满电电量。
<第六实施方案>
接着,对本发明的第六实施方案进行说明。
在本实施方案中,对当充满电电量的更新值与实际的充满电电量之间的误差较大时,利用可充电电池的充电率(SOC)与电池电压OCV(Open Circuit Voltage)的对应关系来更新充满电电量的例子进行说明。例如,因充满电电量的更新值成为异常值,而充满电电量的更新值与实际的充满电电量之间的误差极大时,内部电阻的测量期间也会与本来的测量期间偏移甚远。
图29是表示充满电电量的更新值与实际的充满电电量之间的误差极大时的充电特性的一个示例图。在该图中,横轴表示充电时间,符号161代表的线是电池电压(Vc[V]),符号162代表的线是充电电流(Ic[A]),符号164代表的线是以充满电电量的异常更新值计算出的异常充电率(SOC[%]),符号164R代表的线是本来(实际)的充电率(SOC[%]),符号165代表的线表示充满电电量的更新值(FCC[Wh])。在该图所示的例子中,由于充满电电量的更新值异常小,所以符号164所示的充电率(SOC)会迅速上升,在本来的充电率20%左右时就可能达到100%。因此,当充电率达到60%~80%的内部电阻的测量期间T25,会相对于和本来的充电率(SOC)相对应的期间T21大幅地偏离,成为错误的测量期间。
在本实施方案中,不进行内部电阻的测量,而是利用充电率(SOC)与电池电压OCV之间的对应关系,校正出现异常的充满电电量的更新值,将其更新为适当的充满电电量的值。
图30是表示作为本实施方案的可充电电池一例的电池20C的结构示例的框图。在该图中,对与图4、图8、图12及图22的各部分相对应的结构标注了相同的符号,并省略了对其说明。电池20C包括控制单元210C、电池芯单元220和存储器230C。控制单元210C包括电流测量单元211、电压测量单元212、内部电阻测量单元213C、检测单元215C、计算单元216C以及更新单元217。在存储器230C中存储有作为设定信息的SOC-OCV表231C,该设定信息设定了电池20C的充电率(SOC)与电池电压(OCV)之间的对应关系。
图31是SOC-OCV表231C的一个示例图。该SOC-OCV表231C是由电池20C的制造商或销售商等提供的数据或者是使用电池20C是实测的数据,且该SOC-OCV表231C中的充电率的值与此时的电池电压的值相对应。在图示的例子中,例如充电率达到30%时的电池电压为3.777V,充电率达到60%时的电池电压为3.964V。另外,该图所示的SOC-OCV表231C是说明概要的一个例子,因此可以任意设定数据的数量及值等。另外,图32是表示与SOC-OCV表231C相对应的SOC-OCV特性的曲线图。
电压测量单元212在规定的条件下测量电池20C的电压。规定的条件是指电池20C的充电率在规定的范围内(例如,10%~90%),并且未进行充电及放电的状态。例如,电压测量单元212在没有进行规定时间(例如20分钟)以上的充电及放电的状态下,且充电率在规定的范围内(例如10%~90%)时,测量电池20C的电压。该规定的条件例如也可以是电池20C的充电开始前的状态。另外,没有进行充电及放电的状态,例如可以是电压的变动幅度在±5mV以内,且电流的变动幅度在±10mA以内的状态。这是因为在充电或放电结束后的短时间内,因为电压不稳定,而不能测量准确的OCV值。另外,在充电率在规定的范围内(例如,10%~90%)进行测量的原因在于,如图32所示,在充电率过低时,如果电压的变化较大,给测量误差产生了较大影响,就没有等待到充电率变高的价值(merit)了。
内部电阻测量单元213C参照SOC-OCV表231C,将充电率作为电压测量时的充电率进行校正和设定,该充电率与在上述规定条件下通过电压测量单元212测量的电池20C的电压(OCV)相对应。下面,基于该电池20C的电压(OCV)的测量值和基于SOC-OCV表231C的特性来校正电压测量时的充电率,在以下内容将该步骤称为“OCV校正”。作为一个例子,当在上述规定条件下通过电压测量部212测量的电池20C的电压(OCV)为3.777V时,参照SOC-OCV表231C,并通过OCV校正方法将充电率设定为30%。
然后,内部电阻测量单元213C将通过OCV校正方法设定的充电率作为基准,使测量电池20C的内部电阻的测量期间成为正确的测量期间(例如图29的测量期间T21(充电率为60%~80%的期间))。然后,检测单元215C根据由内部电阻测量单元213B在测量期间测量的内部电阻值,检测测量期间内的内部电阻的峰值(例如内部电阻达到最小的关键点)。
计算单元216C基于该内部电阻达到峰值(例如最小的点)的时间点和达到充满电状态的时间点之间的充电容量,计算电池20C的充满电电量。更新单元217根据计算单元216C的计算结果,更新电池20C的充满电电量的设定值。
进而,即使充满电电量的更新值与实际的充满电电量之间的误差极大,电池20C也可以按照一定的准确率校正充电率,在充电时的原本想要的测量范围内测量内部电阻,藉此可以更精确地更新充满电电量。
另外,电池20C也可以不进行内部电阻的测量,而是通过直接使用通过OCV校正方法设定的充电率的方法,来更新充满电电量。下面,参照图33对其进行说明。
图33是表示使用通过OCV校正方法设定的充电率来更新充满电电量的例子的说明图。在该图中,将横轴代表充电时间,符号161代表的线是电池电压(Vc[V]),符号162代表的线是充电电流(Ic[A]),符号164代表的线是以充满电电量的异常更新值计算出的异常充电率(SOC[%]),符号164S代表的线是OCV校正后的充电率(SOC[%]),符号165代表的线表示充满电电量的更新值(FCC[Wh])。
在此,假设充满电电量的更新值相对于实际的充满电电量(例如90Wh)被更新为极小的值(例如10Wh)的状态。在时刻ts,通过OCV校正方法将充电率设定为10%时,基于从该时刻ts到成为满充电的时刻tf之间的充电期间(即,充电率从10%到100%的期间)的充电容量的测量结果Cs,并通过以下式4计算出充满电电量(FCC)。
FCC=Cs×(100/10) · · · (式4)
例如,计算单元216C将与由电压测量单元212测量电压相对应的充电率作为该电压下的充电率进行OCV校正,根据经过OCV校正的该电压下的充电率(例如10%)和从该电压时的时刻ts到成为充满电状态的时刻tf之间的充电容量的测量结果Cs,并通过上述式4计算电池20C的充满电电量。充电容量的测量结果Cs是指基于从时刻ts到时刻tf的期间的电池电压的测量结果和充电电流的测量结果的充电容量的累计值。
更新单元217根据计算单元216C的计算结果,更新电池20C的充满电电量的设定值。由此,在时刻tf的点,充满电电量(FCC)的更新值从极小的值(例如10Wh)被校正为实际的充满电电量(例如90Wh)(参照符号165所示的充满电电量的更新值)。通过校正后的充满电电量计算出的正确充电率的特性成为符号164S所示的OCV校正后的充电率的特性。
如上所述,本实施方案的电池20C(可充电电池的一例)具备控制单元210C(充电控制装置的一例)。控制单元210C在规定的条件下测量电池20C的电压(OCV)。另外,控制单元210C参照预先设定了电池20C的电压与充电率的对应关系的设定信息(例如OC-OCV表231C),并将与在上述规定条件下测量的电池电压相对应的充电率设定为该电池电压下的充电率。然后,控制单元210C根据将已被设定的充电率作为基准的第一阈值(例如充电率60%)和第二阈值(例如充电率80%),决定测量电池20C的内部电阻的测量期间。
即使充满电电量的更新值与实际的充满电电量之间的误差较大,电池20C也可以按照一定的比例校正和更新充满电电量。
在此,测量所述电池20C电压的规定条件包括电池20C的充电率在规定的范围内(例如10%~90%)且未进行充电及放电的状态(例如电压的变动幅度在±5mV以内及电流的变动幅度在±10mA)。
由此,电池20C能够更精确地测量电池20C电压(OCV),能够更精确地更新充满电电量。
另外,控制单元210C参照预先设定了电池20C的电压与充电率之间的对应关系的设定信息(例如SOC-OCV表231C),将与在所述规定条件下测量的电池电压相对应的充电率,作为该电池电压下的充电率来进行设定,也可以基于该电池电压下的充电率和、从该电池电压的时间点到成为充满电状态的时间点之间的充电容量来更新电池20C的充满电电量。
由此,电池20C即使在充满电电量的更新值与实际的充满电电量的误差较大而无法检测出内部电阻的峰值时,也能够更精确地更新充满电电量。
以上,参照附图对本发明的实施方案进行了详细说明,但本发明的具体的结构不限于上述结构,在不脱离本发明的主旨范围的情况下,可以对上述实施方案进行各种设计变更等。例如,也可以任意组合在上述各实施方案中说明的各结构。
另外,所述控制单元210、210A在内部具有计算机系统。将为实现所述控制单元210、210A分别具备的各结构的功能的程序,记录在计算机可读取的记录介质中,将记录在该记录介质中的程序读入计算机系统当中,并使计算机系统运行该程序,藉此可以实施和所述控制单元210、210A具备的各结构相对应的处理。
这里的“将记录在记录介质中的程序读入计算机系统当中,并使计算机系统运行该程序”包括在计算机系统中安装程序的过程。这里的“计算机系统”是指包括操作系统(Operating System,简称为OS)、外围设备等硬件的系统。另外,“计算机系统”也可以包括因特网(internet)和、经广域网(Wide Area Network,简称为WAN)、局域网(Local AreaNetwork,简称为LAN)、专用线路等通信线路连接到网络上的多个计算机装置。另外,“计算机可读取记录介质”是指软盘(flexible disk)、磁光盘(magnetic optical disk)、只读存储器(Read-Only Memory,简称为ROM)、光盘只读存储器(compact disk read onlymemory,下面简称为CD-ROM)等可移动介质、内置于计算机系统中的硬盘等存储装置。这样,存储有程序的记录介质也可以是CD-ROM等非一次性的记录介质。
另外,记录介质还包括为了分发该程序而以可以从分发服务器访问的状态设置在内部或外部的记录介质。另外,也可以将程序分割为多个,在不同的时刻(timing)将多个程序下载后,根据控制单元210、210A所具备的各结构将其合并、且分别发送被分割的程序的各个分发服务器也可以互不相同。此外,所谓“计算机可读取记录介质”可以是保存一定时间的程序的介质,如通过网络发送程序时的服务器或成为客户端(client)的计算机系统内部的易失性存储器(RAM)那样。另外,上述程序也可以是用于实现上述一部分功能的程序。也可以通过与计算机系统中已经记录的各个程序的组合来实现上述功能,即,只要是所谓的差值文件(差值程序)即可。
另外,上述实施方案中的控制单元210、210A所具备的各功能的一部分或全部也可以通过大规模集成电路(Large Scale Integration,下面简称为LSI)等集成电路来实现。也可以将各功能分别植入各处理器当中,也可以将一部分或全部功能集成后植入处理器当中。另外,集成电路化的方法不限于LSI,也可以用专用电路或通用处理器来实现。另外,随着半导体技术的发展而出现可以代替LSI的集成电路化技术时,也可以使用基于该技术的集成电路。
另外,在上述实施方案中,说明了电子设备10为翻盖型的PC(或平板型的PC或智能手机)等的例子,但只要是通过可充电电池的电力来工作的设备,则不限于PC或智能手机。例如,电子设备10也可以是移动电话、游戏机、吸尘器、无人机、电动汽车、混合动力汽车、电动自行车等。

Claims (15)

1.一种充电控制装置,其特征在于,包括:
内部电阻测量单元,测量可充电电池的内部电阻;
更新单元,基于在充电过程中通过所述内部电阻测量单元测量的所述内部电阻的变化来确定一时间点,并基于该时间点以后的充电容量更新所述可充电电池的充满电电量。
2.如权利要求1所述的充电控制装置,其特征在于,所述更新单元确定在充电过程中通过所述内部电阻测量单元测量的所述内部电阻达到峰值时的时间点,并基于该时间点以后的充电容量更新所述可充电电池的充满电电量。
3.如权利要求2所述的充电控制装置,其特征在于,预先设定在充电过程中所述内部电阻成为最小时的所述可充电电池的充电率;
所述更新单元,确定在充电过程中通过所述内部电阻测量单元测量的所述内部电阻从最小时到达到充满电状态时的充电容量和预先设定的所述充电率,并基于所述充电容量和预先设定的所述充电率更新所述可充电电池的充满电电量。
4.如权利要求2所述的充电控制装置,其特征在于,预先设定在充电过程中所述内部电阻成为最大时的所述可充电电池的充电率;
所述更新单元,确定在充电过程中通过所述内部电阻测量单元测量的所述内部电阻从最大时到达到充满电状态时的充电容量和预先设定的所述充电率,并基于所述充电容量和预先设定的所述充电率更新所述可充电电池的充满电电量。
5.如权利要求2所述的充电控制装置,其特征在于,预先设定在充电过程中所述内部电阻成为最小时及成为最大时的所述可充电电池的充电率;
所述更新单元,确定在充电过程中通过所述内部电阻测量单元测量的所述内部电阻从最小时到达到最大时的充电容量和预先设定的所述充电率,并基于所述充电容量和预先设定的所述充电率更新所述可充电电池的充满电电量。
6.如权利要求2~5中任意一项所述的充电控制装置,其特征在于,进一步包括检测单元检,所述检测单元检测通过所述内部电阻测量单元测量的所述内部电阻的峰值;
在充电过程中所述可充电电池的充电率从达到第一阈值后再达到第二阈值时的测量期间内,所述内部电阻测量单元会测量所述可充电电池的内部电阻;
所述检测单元根据通过所述内部电阻测量单元在所述测量期间测量的所述内部电阻的测量值,检测所述测量期间内的所述内部电阻的峰值。
7.如权利要求6所述的充电控制装置,其特征在于,当由所述更新单元更新的所述可充电电池的充满电电量与由更新后的充电确定的实际的所述可充电电池的充满电电量之间的差距达到规定值以上时,所述内部电阻测量单元会校正所述测量期间;
所述检测单元基于在所述内部电阻测量单元校正的所述测量期间内测量的所述内部电阻的测量值来检测所述内部电阻的峰值。
8.如权利要求6所述的充电控制装置,其特征在于,当更新后的所述可充电电池的充满电电量与更新后的充电确定的实际的所述可充电电池的充满电电量之间的差距达到规定值以上时,所述更新单元基于预先设定的比例来校正并更新已更新的所述可充电电池的充满电电量。
9.如权利要求6所述的充电控制装置,其特征在于,所述更新单元根据已更新的所述可充电电池的充满电电量和已更新的充电确定的实际的充电容量的差距来确定容量当量,并基于该容量当量校正并更新所述可充电电池的充满电电量。
10.如权利要求6所述的充电控制装置,其特征在于,进一步包括在规定条件下测量所述可充电电池的电压的电压测量单元;
所述内部电阻测量单元参照预先设定了所述可充电电池的电压与充电率的对应关系的设定信息,将与由所述电压测量单元测量的电压相对应的充电率作为该电压时的充电率进行设定,并将设定的充电率作为基准确定所述第一阈值及所述第二阈值,并基于所述第一阈值及所述第二阈值来决定用于测量所述可充电电池的内部电阻的所述测量期间。
11.如权利要求6所述的充电控制装置,其特征在于,进一步包括在规定条件下测量所述可充电电池的电压的电压测量单元;
所述更新单元参照预先设定了所述可充电电池的电压与充电率的对应关系的设定信息,将与由所述电压测量单元测量的电压相对应的充电率作为该电压时的充电率进行设定,并该电压时的充电率和从该电压时到成为充满电状态时的充电容量,更新所述可充电电池的充满电电量。
12.如权利要求10或者11所述的充电控制装置,其特征在于,所述规定条件包括所述可充电电池的充电率在规定的范围内且未进行充电及放电的状态。
13.一种可充电电池,其特征在于,所述可充电电池具备权利要求1~12中任意一项所述的充电控制装置。
14.一种电子设备,其特征在于,所述电子设备具备权利要求13所述的可充电电池。
15.一种充电控制装置的控制方法,其特征在于,所述方法包括:
通过内部电阻测量单元测量可充电电池的内部电阻的步骤;
更新单元基于在充电过程中通过所述内部电阻测量单元测量的所述内部电阻的变化来确定一时间点,并基于该时间点以后的充电容量更新所述可充电电池的充满电电量的步骤。
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