CN1175513C

CN1175513C - 产生监视和控制二次电池充放电状态的数据的方法

Info

Publication number: CN1175513C
Application number: CNB001048236A
Authority: CN
Inventors: �γɱ�; 任成彬
Original assignee: Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 1999-04-21
Filing date: 2000-03-24
Publication date: 2004-11-10
Anticipated expiration: 2020-03-24
Also published as: EP1047173A2; EP1047173B1; DE60031909D1; KR100354243B1; CN1271188A; JP2000350372A; JP3892641B2; EP1047173A3; KR20000066878A; DE60031909T2; US6456948B1

Abstract

一种产生用来监视和控制二次电池的充放电状态的数据的方法，所述方法是由安装在二次电池组件中的微型计算机执行的。该数据产生方法包括计算预定时间周期的放电量。把算出的放电量加到在前一时间周期算出的需要的满充电量上，把求和的结果确定为当前时间周期的需要的满充电量。另外，若二次电池的当前时间周期的平均电压值小于全放电电压值的下限，则用当前时间周期的需要的满充电量来更新基准满充电量。

Description

产生监视和控制二次电池充放电状态的数据的方法

技术领域

本发明涉及产生监视和控制二次电池充放电状态的数据的方法，更具体地说，涉及用来产生由安装在二次电池组件中的微型计算机产生的并传输到外部装置的数据的方法。

背景技术

诸如笔记本式计算机、摄像-录像组合机(camcorder)和蜂窝式电话机等便携式电子装置的出现使二次电池得以发展。为了给二次电池再充电，需要用来精确监视和控制二次电池充、放电状态的数据。另外，因为对这些数据的计算极其重要的基准满充电量随着时间显著地变化，所以需要周期性地监视和更新基准满充电量，以产生这样的数据。

为此，二次电池组件已经采用用来产生监视和控制其充、放电状态的数据的微型计算机和外围设备电路。安装在二次电池组件中的微型计算机内的编程的传统算法中，通过在二次电池充电方式期间进行的学习过程而定期地更新二次电池的基准满充电量。就是说，传统算法计算实际的满充电量，后者正比于二次电池的充电速率，并把计算出来的实际满充电量指定为基准满充电量。

但是，因为二次电池的充电特性并不随着时间而突然变化，所以由安装在传统的二次电池组件中的微型计算机所执行的算法不能被认为是充分反映二次电池工作特性的好算法。因而与基准满充电量有关的数据准确程度下降。另外，传统算法只利用读出的瞬时电压值来计算充电电压，因而降低了数据的准确度。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种产生用来监视和控制二次电池充放电状态的数据的方法，利用该方法可以准确地反映二次电池的工作特性。

根据本发明的一个方面，提供一种产生用来监视和控制二次电池充放电状态的数据的方法，所述方法是由安装在二次电池组件中的微型计算机进行的，并包括以下步骤：(S1)周期性地计算和更新二次电池的平均电压值“adadvol”；(S2)根据流过二次电池的瞬时电流值“adcur”的振幅和符号，执行充电方式、放电方式、自放电方式；(S3)当放电方式开始时，周期性地累积放电量“DCR”，并以累积结果更新当前时间周期所需要的满充电量“s_dcr”；以及(S4)若在步骤(S3)的过程中当前时间周期的平均电压值”avadvol”降低到全放电电压值“s_edv0”的下限以下，则用当前时间周期所需要的满充电量“s_dcr”更新基准满充电量“f_c_capac”。

在按照本发明的数据产生方法中，用在放电方式下获得需要的满充电量“s_dcr”更新基准满充电量“f_c_capac”。就是说，与随着时间而急剧变化的充电特性形成对照，二次电池的放电特性反映在基准满充电量“f_c_capac”中，因此可以利用准确的数据监视和控制二次电池的充、放电状态。另外，利用二次电池的平均电压值来计算二次电池的充电状态，因而能够获得比较准确的数据。

附图说明

通过参照附图详细地描述本发明的最佳实施例，本发明的上述目的和优点将变得更加清楚，附图中：

图1是举例说明表示采用按照本发明的算法的二次电池组件内部结构的方框图的截面图；

图2是举例说明按照最佳实施例的在图1二次电池组件中安装的微型计算机的初始算法的流程图；

图3是举例说明关于图2初始算法放电方式的可执行程序的流程图；

图4是表示用于图3容量学习程序运行步骤中的电压值的曲线图；

图5是举例说明图3容量学习程序的运行步骤的流程图；

图6是图5所示程序初步补偿例程的流程图；以及

图7是图5所示程序最终补偿例程的流程图。

具体实施方式

在表示采用按照本发明的算法的二次电池组件的内部结构的图1中，二次电池组件1包括二次电池11、场效应晶体管(FET)12、外围设备电路13、电阻14、保护元件15、微型计算机16、电可檫除可编程只读储存器(EEPROM)17和热敏电阻18。FET 12响应来自外围设备电路13的控制信号而导通或截止，以控制二次电池11的充、放电状态。外围设备电路13通过测量流过电阻14的电流来测量二次电池11的瞬时电流。另外，外围设备电路13还按照来自微型计算机16的控制信号使FET12导通或截止。保护元件15预防FET 12工作不正常时可能出现的过充电或过放电。

执行按照本发明的算法的微型计算机16从外围设备电路13接收瞬时电压和瞬时电流，从热敏电阻18接收环境温度，并产生用于监视和控制二次电池11的充放电状态的数据。这里，状态控制数据传输给外围设备电路13，而状态监视数据则通过串行通信线路传输给笔记本式计算机。在图1中，参考字符SMCLK代表时钟信号，而参考字符SMDT代表数据信号。

图2表示按照本发明最佳实施例的微型计算机16的初始算法。对于下面将要描述的算法，假定包括了在预定的时间周期连续地计算和更新平均电压值“avadvol”的步骤(见图1)。因为充电状态是利用平均电压值“avadvol”计算的，故可得到比较准确的数据。

参照图2，在步骤201对微型计算机16中的状态寄存器和状态位进行初始化。然后，根据流过二次电池11的瞬时电流值“adcur”的振幅和符号，执行充电方式、放电方式或自放电方式(步骤202至210)。然后，对步骤202和210进行叠代。

具体地说，接收瞬时电流值“adcur”(步骤202)。若瞬时电流值“adcur”大于或等于0，把充电/放电信息位“f_ampn”设置为1。否则，把充电/放电信息位“f_ampn”设置为0(步骤203至205)。然后，确定瞬时电流值“adcur”是否小于或等于10(步骤206)。若瞬时电流值“adcur”小于或等于10，则执行自放电方式(步骤207)。否则，判断充电/放电信息位“f_ampn”是否等于1(步骤208)。若充电/放电信息位“f_ampn”等于1，则执行充电方式(步骤209)。，但若充电/放电信息位“f_ampn”不等于1，则执行放电方式(步骤210)。

图3举例说明按照本发明的与图2步骤210对应的放电方式的执行程序。放电方式的执行程序包括计算放电效率“dis_eff”(步骤304和305)、计算放电量“DCR”(步骤307的一个子步骤)、更新需要的满充电量“s_dcr”(步骤307)和更新基准满充电量“f_c_capac”(步骤322)。

在步骤304和305中，计算二次电池11当前温度“adtemp”下的放电效率“dis_eff”。在步骤307，按瞬时电流值“adcur”、从放电点到当前时间的时间周期“Δt”和放电效率“dis_eff”的乘积计算放电量“DCR”。然后，在步骤307，把放电量“DCR”加在前一时间周期中算出的需要的满充电量“s_dcr”上。用此求和的结果更新当前时间周期的需要的满充电量“s_dcr”。在更新基准满充电量“f_c_capac”的步骤322中，若在当前时间周期二次电池11的平均电压值“adadvol”低于全放电电压值“s_edv0”的下限，则利用容量学习程序，把当前时间周期的基准满充电量“f_c_capac”更新为等于当前时间周期的需要的满充电量“s_dcr”。

在按照本发明的数据产生方法中，把基准满充电量“f_c_capac”更新为在放电方式过程中算出的需要的满充电量“s_dcr”。就是说，特性在设置基准满充电量“f_c_capac”时考虑了随着时间而快速变化的放电，使得能够利用此数据准确地监视和控制二次电池11的充、放电状态。

在下文中，将更详细地描述图3的放电方式的执行程序(步骤210)。具体地说，步骤302把放电信息位“f_diischg”设置为1，以指示放电方式。然后，计算给定时间周期内流过二次电池11的平均电流值“avr_cur”(步骤302)。接着，当前电流值“ad_cur”除以指定的额定充电量“design_capac”，得到放电速率“d_crate”(步骤303)。读出当前温度“atemp”(步骤304)，然后计算读出的当前温度“atemp”下的放电效率“dis_eff”(步骤305)。若平均电压值“adadvol”低于或等于全放电电压值“s_edv0”(步骤306)的下限，则过程进到步骤310。

否则，在步骤307，把算出的放电量DCT加到前一时间周期中确定的需要的满充电量“s_dcr”上，并用该求和结果更新当前时间周期的需要的满充电量“s_dcr”。在步骤308，从前一时间周期的实际充电量“RRC”减去放电量“DCR”，并用相减的结果更新当前时间周期的实际充电量“RRC”。在步骤309，把当前时间周期的实际充电量“RRC”加在指定的放电量“s_bla_c”上，并用求和结果更新当前时间周期的估计充电量“rc_capaa”。

在步骤310，估计充电量“rc_capaa”除以满充电量“f_c_capac”，然后用所得结果更新相对充电速率“re_st_ch”。然后，估计充电量“rc_capaa”除以指定的充电量“design_capac”，用所得结果更新绝对充电速率“ad_st_ch”(步骤311)。估计充电量“rc_capaa”除以读出的瞬时电流值“adcur”，并以所得结果更新完全放电所需的时间(下文简称所需完全放电时间)“r_t_empc”(步骤312)。另外，估计充电量“rc_capaa”除以平均电流值“avr_cur”，并用所得结果更新总充电时间“aver_t_ea”(步骤313)。

若估计充电量“rc_capaa”小于或等于报警充电量“r_c_ac”，则向用户报警，告知充电量非常低(步骤314和315)。另外，若估计全放电时间短于或等于全放电时间“r_t_a”的下限，则向用户报警，告知接近放完(步骤317至319)。

然后，利用最大满充电位“f_fullchg0”判断是否执行容量学习程序(步骤320)。这里，若电压电平一旦达到最大满充电电压，则将最大满充电位“f_fullchg0”设置为1，在容量学习程序运行步骤322之后，把最大满充电位“f_fullchg0”设置为0。于是，若最大满充电位“f_fullchg0”的逻辑值为0，它表示容量学习程序已经完成，则除非系统重新初始化，例如，关断电源，否则不必再运行容量学习程序。

若最大满充电位“f_fullchg0”等于1，则判断平均电压值“adadvol1”是否高于或等于第二全放电电压值“s_edv2”(步骤231)。第二全放电电压值“s_edv2”是设置来判断是否要执行容量学习程序(步骤322)的。参照图4，在运行容量学习程序的步骤322，使用了3个全放电电压值，包括全放电电压值下限“s_edv0”、比全放电电压值下限“s_edv0”高的第一全放电电压值“s_edv1”和比第一全放电电压值“s_edv1”高的第二全放电电压值“s_edv2”。使用3个全放电电压值的原因是要利用第二和第一全放电电压值“s_edv1”和“s_edv2”来监视二次电池11的平均电压值(见图1)，从而把在容量学习程序运行的步骤322过程中二次电池11的瞬时电压降落到低于系统阈电压的几率降到最小。

图5举例说明图3的容量学习程序的(步骤322)。参照图5，从步骤501至步骤508的第一容量学习阶段，是在二次电池11的平均电压值“adadvol”(见图1)低于第二全放电电压值“s_edv2”而高于第一全放电电压值“s_edv1”时运行的。从步骤511至步骤521的第二容量学习阶段，是在二次电池的平均电压值“adadvol”低于第一全放电电压值“s_edv1”而高于或等于全放电电压值下限“s_edv0”时运行的。另外，从步骤531至步骤540的最后容量学习阶段，是在二次电池11的平均电压值“adadvol”(见图1)低于全放电电压值下限“s_edv0”时运行的。

具体地说，在第一容量学习阶段，把平均电压值“adadvol”与第一全放电电压值“s_edv1”比较(步骤501)。若平均电压值“adadvol”低于第一全放电电压值“s_edv1”，则过程进到步骤511。若平均电压值“adadvol”高于或等于第一全放电电压值“s_edv1”，则检查第二满充电位“f_fullchg2”的逻辑状态(步骤502)。若第二满充电位“f_fullchg2”的逻辑状态为1，则执行步骤503。否则过程返回步骤202。一旦平均电压值“adadvol”达到最大满充电电压，则把第二满充电位“f_fullchg2”设置为“1”。当系统初始化后完成第一容量学习阶段(从步骤501至508)时，把第二满充电位“f_fullchg2”更新为“0”。这样，当第二满充电位“f_fullchg2”的逻辑值是0时，除非系统重新初始化，例如，关断电源，否则不必再执行第一容量学习阶段。

在步骤503，检查第二全放电位“f_edv2”的逻辑状态。若第二全放电位“f_edv2”的逻辑值等于“1”，则执行步骤504。否则过程返回步骤202。当系统初始化(步骤504)后已经执行第一容量学习阶段时，把第二全放电位“f_edv2”更新为“0”。把近似寿命值“ccount”增大0.2(步骤505)。换句话说，由于二次电池11的平均电压值“adadvol”(见图1)进入第二全放电电压值“s_edv2”和第一全放电电压值“s_edv1”之间的范围，就要考虑与平均电压值“adadvol”对应的容量降低程度来更新剩余寿命。

此后，把第一全放电位“f_edv1”更新为1(步骤506)，并执行初步补偿例程(步骤507)。初步补偿例程(步骤506)与第二容量学习阶段(步骤511至521)的初步补偿例程(步骤520)相同，但与最后容量学习阶段(步骤530至540)的最后补偿例程(步骤539)不同。初步补偿例程(步骤507)完成后，把第二补偿位“f_count2”的逻辑值更新为“1”，并将第二满充电位“f_fullchg2”的逻辑值更新为“0”(步骤508)，然后过程返回图2的步骤202。

在第二容量学习阶段，首先，把平均电压值“adadvol”与全放电电压值的下限“s_edv0”比较(步骤511)。若平均电压值“adadvol”低于全放电电压值的下限“s_edv0”，则过程进到步骤531。若平均电压值“adadvol”高于或等于全放电电压值的下限“s_edv0”，则检查第一满充电位“f_fullchg1”(步骤512)的逻辑状态。若第一满充电位“f_fullchg1”的逻辑值为“1”，则执行步骤514。否则，过程进到步骤202。一旦平均电压值“adadvol”达到最大满充电电压，则把第一满充电位“f_fullchg1”设置为“1”。当系统初始化后已经执行第二容量学习阶段(从步骤511至521)时，把第一满充电位“f_fullchg1”更新为“0”。这样，当第一满充电位“fullchg1”的逻辑值为0时，除非系统重新初始化，例如，关断电源，否则没有必要执行第二容量学习阶段。

在步骤513，检查第一满充电位“f_fullchg1”的逻辑状态。若第一满充电位“f_fullchg1”的逻辑值等于“1”，则执行步骤514。否则过程进到步骤202。当系统初始化(步骤516)后已经执行了第二容量学习阶段时，把第一满充电位“f_fullchg1”更新为“0”。然后，检查第二补偿位“f_count2”(步骤515)。若第二补偿位“f_count2”的逻辑值等于“1”，则近似寿命值“ccount”增大0.3(步骤516)。但若第二补偿位“f_count2”的逻辑值不等于“1”，则把近似寿命“ccount”增大0.5(步骤517)。

此后，把第二补偿位“f_count2”重新初始化为“0”(步骤518)，并用“1”更新最后全放电位“f_edv0”(步骤519)。然后，执行初步补偿例程(步骤520)。初步补偿例程完成之后(步骤520)，把第一补偿位“f_count1”的逻辑值更新为“1”，并将第一满充电位“fullchg1”的逻辑值更新为“0”(步骤521)，然后过程返回步骤图2的202。

在最后容量学习阶段，首先将平均电压值“adadvol”与全放电电压值的下限“s_edv0”进行比较(步骤531)。若平均电压值“adadvol”低于全放电电压值的下限“s_edv0”，则将最大满充电位“f_fullchg0”的逻辑状态更新为“0”(步骤532)。然后，检查最后全放电位“f_edv0”的逻辑值(步骤533)。若最大全放电位为“1”，则执行步骤534。否则，过程进到步骤202。在系统初始化后已经执行最后容量学习阶段(从步骤531至540)的情况下，将最后全放电位“f_edv0”更新为“0”(步骤534)。然后，检查第一补偿位“f_count1”的逻辑值(步骤535)。若第一补偿位“f_count1”的逻辑值等于“1”，则将近似寿命值增大0.5(步骤536)。但若第一补偿位“f_count1”的逻辑值不等于“1”，则将近似寿命值增大1/5(步骤537)。

此后，把第一补偿位“f_count1”重新初始化为“0”(步骤538)，然后执行最后补偿例程(步骤539)。最后补偿例程完成后(步骤539)，将最大全放电位“f_fulldis”更新为“0”(步骤540)，然后过程返回图2的步骤202。

图6举例说明图5程序的初步补偿例程(步骤507至520)。参照图6，首先计算二次电池11的估计充电量“rc_capaa”和额定充电量“TRC”(见图1)之间的差值“CRC”(步骤601)。然后，把绝对差值“abs(CRC)”与上限值50比较(步骤620)。若绝对差值“abs(CRC)”大于50，则过程进到图5的步骤508或521。但若绝对差值“abs(CRC)”小于或等于50，则计算前一时间周期的基准满充电量“f_c_capac”与额定满充电量“TFCC”之间差值“CFCC”(步骤604)。若绝对差值“abs(CFFCC)”大于50，则过程返回图5的步骤508或521。同时，若绝对差值“abs(CFFCC)”小于或等于50，则用额定满充电量“TFCC”更新当前时间周期的基准满充电量“f_c_capac”(步骤605)。

图7举例说明图5的最后补偿例程(步骤539)。参照图7，计算前一时间周期的基准满充电量“f_c_capac”和额定满充电量“TFCC”之间的差值“CFCC”(步骤606)。然后，把绝对差值“CFCC”与预定值50比较(步骤607)。若绝对差值“CFCC”小于或等于50，则用当前时间周期的需要的满充电量“s_dcr”更新当前时间周期的基准满充电量“f_c_capac”，然后过程进到图5的步骤540(步骤608)。同时，若绝对差值“CFCC”大于50，则用额定满充电量“TFCC”更新当前时间周期的基准满充电量“f_c_capac”(步骤609)。

如上所述，在按照本发明的数据产生方法中，基准满充电量“f_c_capac”用在放电方式期间获得的需要的满充电量“s_dcr”更新。于是，基准满充电量“f_c_capac”是根据随着时间而变化的放电特性更新的，使得能够用准确的数据来监视和控制二次电池11的充、放电状态。另外，可以利用二次电池的平均电压值来确定二次电池的充电状态，因而能够产生比较准确的数据。

虽然已经参照其最佳实施例对本发明作了具体的显示和描述，但是，本专业的技术人员应该明白，在不脱离后附权利要求书所定义的本发明的精神和范围的情况下在形式上或细节上可以作出各种各样的改变。

Claims

1.一种产生用来监视和控制二次电池充放电状态的数据的方法，所述方法是由安装在二次电池组件中的微型计算机执行的，并包括以下步骤：

(S1)周期性地计算和更新二次电池的平均电压值adadvol；

(S2)根据流过所述二次电池的瞬时电流值adcur的振幅和符号而执行充电方式、放电方式、自放电方式；

(S3)当周期性地执行放电方式时，周期性地计算放电量DCR，并且利用计算的放电量来更新各周期的需要的满充电量s_dcr；以及

(S4)若在步骤(S3)的过程中当前时间周期的平均电压值avadvol降低到全放电电压值s_edv0的下限以下，则用当前时间周期的需要的满充电量s_dcr更新基准满充电量f_c_capac。

2.权利要求1的方法，其特征在于：所述步骤(S3)的各周期的放电量DCR是流过所述二次电池的瞬时电流adcur、各周期中经过的时间Δt以及根据所述二次电池的当前温度adtemp而计算出来的放电效率dis_eff的乘积。

3.权利要求1的方法，其特征在于所述步骤(S4)包括以下子步骤：

(S41)把所述平均电压值adadvol与设置成高于所述全放电电压值s_edvo的所述下限的第一全放电电压值s_edv1比较；

(S42)若所述平均电压值adadvol低于所述第一全放电电压值s_edv1，则将所述平均电压值adadvol与所述全放电电压值s_edv0的所述下限比较；以及

(S43)根据所述比较结果，更新近似寿命值ccount，后者表示所述二次电池的剩余寿命。

4.权利要求3中的方法，其特征在于所述子步骤(S42)包括：

若所述平均电压值adadvol小于所述第一全放电电压值s_edv1，并且高于或等于所述全放电电压值s_edv0的所述下限，则计算前一时间周期的基准满充电量f_c_capac和额定满充电量TFCC之间的绝对差值abs(CFCC)；以及

若算出的绝对差值abs(CFCC)小于或等于预定值，则周所述额定满充电量TFCC更新所述当前时间周期的基准满充电量f_c_capac。