CN1412571A - 精确估计二次电池有效完全放电容量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种精确估计一个二次电池的有效完全放电容量的方法。该有效完全放电容量随着该二次电池被重复充电和放电而降级。该方法包括连续完全充电一个参考二次电池和完全放电该参考二次电池直到该参考二次电池无效n次为止；同时测量(i)其中每次该参考二次电池被完全充电该参考二次电池的电压基本上不变的不变电压期间和(ii)每次该参考二次电池被完全充电该参考二次电池的完全放电容量，储存不变电压期间和相应的测得的完全放电容量；以及储存不变电压期间和相应的测得的完全放电容量；以及测量每次一个与参考二次电池基本相同的二次电池被完全充电不变电压期间，对于相对于参考二次电池测得的不变电压期间相对应的完全放电容量检索对该参考二次电池储存的不变电压期间，以及对于该二次电池设置储存的和与已测得的该二次电池的不变电压期间相对应的该参考二次电池完全放电容量作为一个完全充电量。

Description

精确估计二次电池有效完全放电容量的方法
技术领域
本发明涉及一种精确估计二次电池有效完全放电容量的方法，有效完全放电容量与二次电池的降级成比例地减小。
背景技术
二次电池广泛地用于便携电子设备，例如，膝上计算机、移动电话和摄像机。这种二次电池的充电状态可以通过确定相对充电速率来精确监测，相对充电速率与二次电池的降级成比例地减小。为监测和控制电池的充电状态和放电状态必须使用精确的数据。常规上，通过周期性地估计和更新二次电池的有效放电容量来产生这些数据。
在精确估计二次电池有效完全放电容量的常规方法中，只计二次电池的充电和放电数目，二次电池有效完全放电容量与二次电池的降级成比例地减小。估计有效完全放电容量是与二次电池被充电和放电的次数成反比。常规上，用户给部分放电的二次电池充电，也就是说，从不同的充电状态充电，这样就降低了估计二次电池完全放电容量的精确性。连续的有效完全放电容量的不精确估计妨碍了二次电池充电和放电状态的精确监测，造成使用上的不方便。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的是提供一种与用户的充电和放电形式无关的精确估计二次电池有效完全放电容量的方法。
按照本发明的方法包括：连续地完全充电一个参考二次电池和使该参考二次电池完全放电到该参考二次电池无效n次为止，并同时测量(i)其中每次该参考二次电池被完全充电该参考二次电池的电压基本上不变的不变电压期间和(ii)每次该参考二次电池被完全充电该参考二次电池的完全放电容量，以及储存不变电压期间和相应的测得的完全放电容量；测量每次一个基本上与该参考二次电池相同的二次电池被充电的不变电压期间，对于相对于参考二次电池测得的不变电压期间的完全放电容量检索对该参考二次电池储存的不变电压期间，以及为该二次电池设置储存的和与已测得的二次电池的不变电压期间相对应的参考二次电池完全放电容量作为一个完全充电容量。
较可取的是，把二次电池同一个微型计算机一起封装，并且该方法包括检索对参考二次电池储存的不变电压期间和用微型计算机设置二次电池的完全放电容量。
该方法的一个应用包括：在根据二次电池的充电设置二次电池的完全放电容量时，当二次电池达到表示不变电压期间开始的上限电压时启动一个内部定时器；当供给二次电池的充电电流下降到下限电流时停止内部定时器；以及检索储存的参考二次电池的不变电压期间，以获得与由内部定时器测得的耗用时间相对应的完全放电容量作为一个不变电压期间，以及把二次电池的完全放电容量设置到与作为耗用时间由内部定时器测得的不变电压期间相对应的参考二次电池的完全放电容量。
附图说明
通过参照附图详细说明一个优选实施例，本发明的上述目的和优点将变得更显而易见。
这些附图中，
图1是表示一个按照本发明的方法可对其适用的二次电池组件的内部结构的方块图；
图2是一个表示通过重复完全充电二次电池而获得的充电电流相对时间特性的图。
图3是一个表示通过重复完全充电二次电池而获得的充电电压相对时间特性的图。
图4是图2和图3上的图的组合。
图5是一个表示通过重复完全充电和完全放电二次电池而获得的完全放电容量相对不变电压期间特性的图。
图6是一个说明图1的二次电池组件的微型计算机的基本算法的流程图。
图7是一个说明在按照本发明的一个实施例的方法中的充电模式的执行的流程图。
具体实施方式
参照图1。一个本发明可对其适用的二次电池组件包括一个二次电池11、几个场效应晶体管(FET)12、一个保护电路13、一个电阻14、一个保护装置15、一个微型计算机16、一个电可擦可编程只读存储器(EEPROM)17和一个热敏电阻18。
FET 12由来自保护电路13的信号开和关，控制二次电池11的充电和放电。保护电路13测量二次电池11的瞬时电压和通过测量流经电阻14的电流测量二次电池11的瞬时电流。测得的瞬时电流和电压被作为数字数据传送到微型计算机16。保护电路13按照从微型计算机16接收的控制信号开和关FET 12。保护装置15防止在FET 12不顺利工作时出现的过充电和过放电。
微型计算机16，在执行按照本发明的方法时从保护电路13接收测得的瞬时电压和电流，从热敏电阻18接收环境温度，以及产生数据监视和控制二次电池11的充电和放电状态。控制数据被传送到保护电路13。
图2是一个表示通过重复完全充电二次电池而获得的充电电流Ic相对时间t特性的图。图3是一个表示通过重复完全充电二次电池而获得的充电电压Vc相对时间特性的图。图4是图2和图3上的图的组合。在图2-4中，CC表示在其间虽然电池的电压在变化，但一个基本上不变的电流从电池流出或流入电池的不变电流期间。CV表示在其间虽然充电电流在变化，但二次电池的电压基本不变的不变电压期间。
在图2-4中划出的特性是通过充电和放电一个二次电池300次而得到的。出现在图2-4中的特性是对于单次充电和放电测得的特性，线C1，对于50次充电和放电测得的特性，线C50，对于100次充电和放电测得的特性，线C100，对于200次充电和放电测得的特性，线C200，对于250次充电和放电测得的特性，线C250和对于300次充电和放电测得的特性，线C300。
在图2和4中的标记字符A表示在不变电压期间开始时刻上的差别。如从这些图中显见，二次电池放电次数越多，不变电流期间CC越短。不变电流期间CC的持续时间的减少是一个二次电池降级的指示。还在图2和4中出现的标记字符B表示在保持的不变电压进入不变电压期间的后来部分的时刻上的差别。这些图表明，随二次电池降级增加，不变电压期间开始更早。图2和4表明，差别A比差别B大，以及不变电压期间在几乎相同时刻结束。
通过实验确定了随着二次电池完全充电的总次数增加，不变电流期间CC变短，而不变电压期间CV变长。换句话说，该实验证明了不变电压期间CV与二次电池充电和放电的次数成正比。这个关系可以很有效地用来精确估计二次电池的有效完全充电容量。这个关系是重要的，因为用户一般从不同的充电状态开始二次电池的充电，但大多数用户继续充电到二次电池达到完全充电状态。用另一个方式表述，虽然不变电流期间CC变化，取决于电池状况，但不变电压期间CV可以被测得是与电池充电状态无关的，并仍然指示二次电池的完全充电容量。
在一个电池组件中，例如图1所示的实施例，不变电压期间CV可以从微型计算机16的系统时钟脉冲的占空率被间接测量，因为该占空率与不变电压期间CV成反比。图5是一个表示二次电池完全放电容量DDC对不变电压期间CV的曲线。通过重复完全充电和完全放电图1的二次电池组件而获得图5。图5表明不变电压期间CV与完全放电容量DDC成反比。
如图2-5所示的二次电池特性可以用下表的形式被列表。
                                               表1
完全充电和完全放电的数目           完全充电时间 完全充电容量 完全放电容量(DDC) 完全放电电压   其它
  CC   CV
    1
    2
    3
    …
    …
    500
为估计二次电池的有效完全放电容量，只需要列入表中的数据中的相对于完全充电和完全放电周期数目的不变电压期间CV和完全放电容量DDC。因此，在按照本发明将这种信息加到二次电池时，这些数据被记录在检查表上和用于精确估计具有与从其获得用于建检查表的数据的二次电池相同结构的二次电池的有效完全放电容量。
图6是一个说明图1的二次电池组件的微型计算机的基本算法的流程图。参考图6。在步骤201，首先初始化状态寄存器和在微型计算机16内的位。接着，在步骤202到209，选择充电模式、放电模式和自放电模式和根据“adcur”-流经二次电池11的瞬时电流的幅度和符号-执行。重复步骤202到209，而这些步骤的每一个要被详细说明。
在步骤202，读瞬时电流值“adcur”。在步骤203，确定瞬时电流值“adcur”是否大于或等于10mA(毫安)。如果是，则在步骤204置充电/放电数据位f_ampn为1以便指示充电模式。如果在步骤203确定瞬时电流值“adcur”小于0mA，则在步骤205置充电/放电数据位f_ampn为0，以便指示放电模式。之后，在步骤206，确定瞬时电流值“adcur”是否不大于10mA。如果是，则在步骤207执行自放电模式。在步骤208，如果瞬时电流值“adcur”大于10mA，测试充电/放电数据位f_ampn。如果在步骤208确定充电/放电数据位f_ampn为1，则在步骤209执行充电模式。如果充电/放电数据位f_ampn为0，则在步骤210执行放电模式。在执行充电模式时，在步骤209执行按照本发明的有效完全放电容量估计算法。
图7是一个说明按照本发明的一个实施例的充电模式执行例行程序的流程图。首先在步骤71确定当前充电电压Vc是否大于或等于上限电压V_end。即，确定不变电压期间CV是否已开始。如果当前充电电压Vc大于或等于上限电压V_end，则在步骤72内部定时器启动。之后，在步骤73确定当前充电电流Ic是否小于或等于下限电流I_end。即，确定不变电压期间CV是否已开始，以致结束完全充电的时间已到达。如果在当前时间的充电电流Ic小于或等于下限电流I_end，则在步骤74停止内部定时器
在步骤75暂存通过操作内部定时器而获得的不变电压期间CV。接着，在步骤76确定暂存的不变电压期间CV是否大于或等于上限期间Tdead。如果是，则在步骤79发一个误差信号，并过程结束。如果在步骤76确定暂存的不变电压期间CV小于上限保持时间Tdead，则在步骤77读与不变电压期间CV相对应的完全放电容量。之后，在步骤78置读取的完全放电容量作为当前时间有效完全放电容量。
如上所述，在按照本发明的估计有效完全放电容量的方法中，根据不变电压期间确定有效完全放电容量。因此，因为以下理由可以与大多数电池用户的充电/放电形式无关地精确估计二次电池的有效完全放电容量。
首先，已从实验中证明，不变电压期间与由用户的二次电池的充电和放电的累计时间成正比。
其次，用户从不同的残余容量开始充电二次电池，但大多数使同用者完全地充电电池。因此，不变电流期间CC对于不同电池状况可能有所不同，但对于任何电池状况都可以测量不变电压CV期间。
当已参照优选实施例特别表示和说明了本发明时，本专业技术人员会理解到，在不脱离本发明的精神和范围的条件下，可以做出各种形式和细节上的改变。本发明的精神和范围是如附加的权利要求所明确表示的。

Claims (3)

1.一种估计二次电池的有效完全放电容量的方法，二次电池的有效完全放电容量与二次电池的降级成正比地减小，该方法包括：
连续完全充电一个参考二次电池和完全放电该参考二次电池直到该参考二次电池无效n次为止；同时测量(i)其中每次该参考二次电池被完全充电该参考二次电池的电压基本上不变的不变电压期间和(ii)每次该参考二次电池被完全充电该参考二次电池的完全放电容量；以及储存不变电压期间和相应的测得的完全放电容量；以及
测量每次一个基本上与参考二次电池相同的二次电池被充电的不变电压期间，对于相对于参考二次电池测得的不变电压期间相对应的完全放电容量检索对该参考二次电池储存的不变电压期间，以及对于该二次电池设置储存的和与已测得的该二次电池的不变电压期间相对应的该参考二次电池完全放电容量作为一个完全充电容量。
2.权利要求1的方法，其中，二次电池同一个微型计算机一起封装，以及包括检索对参考二次电池储存的不变电压期间，以及用微型计算机设置该二次电池的有效完全放电容量。
3.权利要求1的方法，包括，在设置该二次电池的有效完全放电容量时，根据该二次电池的充电：
当该二次电池的电压达到指示不变电压期间开始的上限电压时，启动一个内部定时器；
当供给该二次电池的充电电流下降到下限电流时，停止该内部定时器；以及
对于储存的该参考二次电池不变电压期间检索，以获得与被该内部定时器测得的耗用时间相对应的完全放电容量作为一个不变电压期间，以及设置该二次电池的有效完全放电容量到与作为耗用时间被该内部定时器测得的不变电压期间相对应的该参考二次电池的完全放电容量。
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