CN1298106A - 电池充电状态测定装置 - Google Patents

Abstract

一种借助测量电路(MES)测定可再充电电池(BAT)充电状态的装置(1),其测量电路具有至少两个对应于电池给定充电状态的初始阈值,这两个初始阈值通过与电池端电压相比较可以表示出电池的充电状态。本发明根据电池累计工作时间的变化校正这些初始阈值,从而得到一组经校正的阈值,然后将电池的端电压与这些经校正的阈值相比较。本发明可用在电话机上。

Description

电池充电状态测定装置

本发明涉及一种至少由一个可再充电的电池和一个测量电路组成的装置，测量电路根据至少两个初始阈电压产生表示电池充电状态的量值，所述至少两个初始阈电压可以是例如由两个连贯的初始阈值确定且与表示电池充电相应状态的量值有关的一组值。

本发明还涉及一种装有这种装置的电话机。

本发明涉及一种测定电池充电状态的方法。本发明特别适用于与移动电话有关的应用。

可再充电的电池在一连串使用周期中工作，该周期是一个相当于电池完全充电之后完全放电的周期。电池旧了之后，质量下降，经过不同使用周期之后，工作性能与新电池不同。电池的电极或极片在工作过程中氧化，并使电池工作性能发生变化。从文献US 5，404，106我们知道一种电池充电测定装置。该文献旨在提供一种无论电池正负极片变质的情况如何都能测定电池剩余蓄电量的装置。这种装置装有一个表存储器，表示电池剩余蓄电量随电池内阻测定值和放电流测定值变化的情况。据该文件所述，这种装置的课题是在电池极片变质之前预示电池相对于其总蓄电量的剩余蓄电量，从而例如在电池经过各种不同使用周期之后，这种装置就无需在电池充电时指示出电池的最大蓄电量。

本发明的目的是提供一种能根据电池当前的工作表现精确测定电池实际充电状态的装置。

为达到此目的，本说明书开端所述装置的测量电路根据按电池累计工作时间近似值的变化校正初始阈值得出的校正阈值来产生所述量值。

本发明的装置能在考虑电池性能因经过一连串不同的使用周期而产生变化的同时测定电池的充电状态。与上述现有技术的文献相反，充电状态是相对于测定时电池的总蓄电量测定的。本发明装置的好处是，无论电池老化情况如何都能使用户在知道电池总蓄电量的同时正确知道电池当前的蓄电量。

在本发明的一个最佳实施例中，电池的累计工作时间是根据电池内阻测定值的变化估计出来的。

在本发明的一个实施例中，测定装置包括：

电池端电压测定器件；

电压比较器件，供将电池的端电压与经校正的阈值相比较，并根据比较结果产生所述表示电池充电状态的量值。

总的说来，电池在某一时刻的剩余蓄电量可以根据电池端电压的测定值测定出来。此电压对应于电池各种充电状态的一组阈值储存在一个存储器中。电池端子上测出的电压与这些阈值相比较，根据比较结果求出表示经校正的电池充电状态的量值。

从下面说明的一些实施例可以清楚理解本发明的上述和其它方面。下面参看一些实施例以对本发明不起限制作用的例子说明本发明的上述和其它方面。

附图中：

图1是本发明装置的方框图；

图2示出了电池在其各种不同累计工作时间的放电曲线；

图3示出了本发明方法的各步骤。

图1中示出了本发明装置1的一个实施例。本发明的装置1有一个可再充电的电池BAT，这里要测定的是电池BAT的表示其在某一时刻充电状态的量值SOC。为达到此目的，装置1包括一个测量电路2，供产生量值SOC。测量电路2包括测量器件MES，供测出电池BAT端子上的电压Vbat和电池的内阻Rin。前面说过，电池BAT在其工作过程中由于其电极活性材料的损耗而变质，从而使其内阻Rin增加。内阻Rin随时间的这种演变是随电池BAT累计工作时间的近似值而变化的。在下面的(1)式中，累计工作时间表示为累计工作时间的近似值。这个累计工作时间T相当于电池BAT从第一次使用起的总工作时间。在本发明的一个实施例中，电池BAT的累计工作时间值可按下式求出： $T=\frac{(\mathrm{Ln}\left(\mathrm{Rin}\right)-\mathrm{Ln}\left(A\right))}{B}----\left(1\right)$ 其中T为电池BAT在其多个使用周期内测出的电池累计工作时间。

电池的累计工作时间T是在计算电路DSP中测出的。计算电路DSP还可以对存储器MEM存取数据，存储器MEM中储存着电池端电压Vbat的可确定量值SOC的一组阈值{V}，这一组{V}由至少两个阈值组成。电池介于两连贯阈值之间的端电压值Vbat与表示电池BAT给定充电状态的量值SOC有关。这一组阈值{V}与电池BAT的给定累计工作时间T有关。在此实施例中，假设储存在存储器MEM中的阈值{V}来自电池BAT在状态9下(即零T时)的典型恒电流放电曲线。在此实施例中，阈值{V}如前面所述的那样按电池BAT累计工作时间的变化进行校正。接着，可将量值SOC传送给显示器3，将其显示出来。显示器3也可以是光指示器、音响指示器或任何其它指示器。

图2的放电特性曲线C1、C2、C3和C4示出了电池BAT在不同恒定电流放电过程中的情况。曲线C1、C2、C3和C4分别示出了电池BAT在恒定电流放电过程中各不同累计工作时间T内沿X轴表示电池BAT充电状态的量值SOC随Y轴的电池BAT端电压Vbat的变化情况。在此实施例中，量值SOC可以例如是电池BAT在已知某时刻的电量相对于电池在同一时刻的可能蓄电量的比值。因此，在本发明的这个实施例中，量值SOC为介于0与1之间的实数，其中0对应于放电状态下的电池BAT，1对应于充电到最大蓄电量的电池BAT。这里累计工作时间T为例如电池连续充电和放电的总周期数，表示电池的老化状态。曲线C1表示电池BAT累计工作时间T1为0时(即电池BAT是新的时)的放电特性曲线。曲线C2、C3和C4分别表示电池BAT累计工作时间不为0时的放电特性曲线，其中T2小于T3，T3小于T4。

为测出量值SOC的值，测定电池的端电压Vbat，再将测出的电压Vbat与任意个的初始阈值{V}相比较。在本发明的这个实施例中，阈值V0、V1、V2、V3、V4构成阈值组{V}，且规定V0＞V1＞V2＞V3＞V4≥0。这些初始阈值V0、V1、V2、V3、V4在电池BAT新时事先按电池放电曲线C1的变化确定下来，并存入电池具备的或外部的存储器中。在此之前，在电池充电到其最大蓄电量时，先取阈值V0作为电池BAT在新状态下的端电压值Vbat。电压Vbat的所有测定值都在两个对应于表示电池BAT某给定充电状态的连贯阈值之间的范围内。在本发明的一个实施例中，初始阈值V0、V1、V2、V3、V4确定得使两连贯阈值之间的各范围在电池新时为电池总蓄电量的1/4。在一个实施例中，电池BAT的最大电压值V0不能视为阈值。因此，所有大于V1的电压测定值相当于所有在]V1；V0]范围的测定值。

在本发明的一个实施例中，这个量值SOC可以是数字值。这个量值SOC也可以以表示电池BAT充电状态的字符或符号的形式出现。在本发明的一个实施例中，量值SOC可以根据电池的充电情况分别由四个白色或黑色平行条组成的四个符号的形式显示出来，如图2中情况Ⅰ所示。当电池BAT的端电压测定值在]V1，V0]的范围时，量值SOC可以用4个黑条表示出来。当电压Vbat在]V2，V1]的范围时，电池BAT的充电状态可以用3个黑条和1个白条表示出来。当电压Vbat在]V3，V2]的范围时，电池BAT的充电状态可以用2个黑条和2个白条表示出来。当电压Vbat在]V4，V3]的范围时，电池BAT的充电状态可以用1个黑条和3个白条表示出来。当电压Vbat低于V4时，电池BAT可视为处于放了电的状态。

这一段谈一下电池BAT在累计工作时间T3之后的工作情况。用前一段所述阈值V0、V1、V2、V3和V4来测定电池BAT的充电状态时，得出情况Ⅱ。实际上，当电池BAT的端电压Vbat在V1和V0之间时，电池BAT的充电状态可用4个黑条表示。类似地，当电压Vbat处在]V2，V1]、]V3，V2]、]V4，V3]的范围时，电池的充电状态可以分别用3个黑条和1个白条、2个黑条和2个白条、一个黑条和3个白条表示。这样，根据电池BAT新时确定的初始阈值V0、V1、V2、V3、V4，累计工作时间T3之后得出的量值SOC表示出的电池充电状态是错的。

在本发明的一个实施例中，阈值V0、V1、V2、V3、V4根据电池的累计工作时间T的变化进行校正，校正后的阈值V′0、V′1、V′2、V′3和V′4是对累计工作时间T3求出的。在本发明的这个实施例中，图1中示出的经校正的阈值V′0、V′1、V′2、V′3和V′4相当于曲线3横坐标分别为电池BAT总蓄量的4/4、3/4、2/4、1/4、0/4的各点P0、P1、P2、P3、P4的纵坐标。因此，根据经校正的阈值V′0、V′1、V′2、V′3、V′4，在累计工作时间T3终了时测定电池的充电状态如情况Ⅰ。

图3示出本发明应用于图2的装置1时测定表示电池BAT充电状态的量值SOC的方法的各步骤。第一步骤10测定电池BAT的端电压Vbat和电池的内阻Rin。电压Vbat用测量器件MES测出。测量器件MES还测定电池BAT的因各个对应于放电电流给定值的各种放电系统在各端引起的电压降ΔV。内阻值从这些测定结果的作为电压降ΔV与放电电流相应的电流差值ΔI求出。在装置1为无线电话机的一个实施例中，电阻Rin可以在例如无线电话机的休息状态和网络检索状态之类两种不同放电状态期间测定。第二步骤11应用(1)式根据内阻Rin的测定结果在计算电路DSP中测定电池BAT的累计工作时间T。第二步骤还计算一组校正偏差{DV}，从各初始阈值(V)减去此{DV}之后得出一组经校正的阈值{V′}。这些校正偏差在本发明的可能实施例中完全相同，且根据电池的累计工作时间T按(2)式测定出来：

            DV=I×T+J×T²    (2)其中I和J为常数。

在本发明的一个最佳实施例中，电池可按各种状态使用：例如休息状态或启用状态。这类电池可与无线电话机结合使用。无线电话机可用本发明的装置1表示，可以有一个电池BAT，在无线电话机不发送任何通信时该电池处于休息状态，否则处于启用状态。因此，各状态的特点是放电曲线不同，因为一组如前一段所述的初始阈{V}与各状态有关。这样，步骤12确定了电池BAT的使用状态。接下去，步骤13与例如叫做休息状态的状态有关，或步骤14与叫做启用状态的状态有关，包括存取对应于电池使用状态的一组初始阈值{V}。经校正的阈值{V′}是根据这些初始阈值{V}通过从初始阈值{V}减去原先计算出的校正偏差DV求出的。

步骤15将测出的电压Vbat与经校正的阈值{V′}相比较，从比较结果求出表示电池BAT充电状态的量值SOC。最后，本发明方法可能有的步骤16以音响或画面或触敏方式给用户发出表示电池BAT充电状态的量值SOC的信号。

此实施例的附图都没有限制本发明目的的意思。图1提出了本发明的一个特殊实施例，电池可以设计成将电池的测量电路装在电池内。

应该指出的是，本说明书使用“包括”一词并不排除不在权利要求中列出的那些元件或步骤。

此外，还应该指出的是，在不脱离本发明目的的前提下可以对上述方法提出任何修改或改进方案。显然，所提出的方法可用不同的方式实现，例如借助于电子电路，或借助于一组储存在信息载体中的指令，而这些指令可在处理器或计算机的控制下执行。

Claims (7)

1．一种至少由一个可再充电的电池和一个测量电路组成的装置，测量电路根据至少两个初始阈电压产生表示电池充电状态的量值，所述至少两个初始阈电压可以是例如由两个连贯的初始阈值确定且与表示电池充电相应状态的量值有关的一组值，其特征在于，所述测量电路根据按电池累计工作时间近似值的变化校正初始阈值得出的校正阈值来产生所述量值。

2．如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电池累计工作时间近似值是根据电池内阻测定值的变化测定出来的。

3．如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述电池累计工作时间近似值是按 $T=\frac{(\mathrm{Ln}\left(\mathrm{Rin}\right)-\mathrm{Ln}\left(A\right))}{B}$ 确定的，其中Rin为内阻测定值，A和B为常数。

4．如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述测量电路包括：

电池端电压测定器件；

电压比较器件，供将电池的端电压与经校正的阈值相比较，并根据比较结果产生所述表示电池充电状态的量值。

5．一种无线电话机，其特征在于，它包括一个如权利要求1所述的装置和一个供显示所述表示电池充电状态的量值的装置。

6．一种测定电池充电状态的方法，所述电池有至少两个初始阈值，该至少两个初始阈值可以是例如由两个连贯的初始阈值确定且分别与表示电池充电状态的量值有关的一组值，所述方法的特征在于，它至少包括下列步骤：

测定电池的端电压；

测定电池的内阻；

按电池内阻值的变化校正初始阈值，得出校正后的阈值；

将放电电压与校正后的阈值相比较，得出电池的充电状态。

7．一种信息载体，其特征在于，它有一个程序核心供储存一系列能在计算机或处理器控制下执行的从而可以实现权利要求6所述方法部分步骤的指令。

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