CN1503000A

CN1503000A - 计算智能电池循环次数的方法及对使用该方法的智能电池的满充电容量进行校正的方法和设备

Info

Publication number: CN1503000A
Application number: CNA2003101035372A
Authority: CN
Inventors: ��ѫ; 金东勋
Original assignee: MTEQ SYSTEM CO Ltd
Current assignee: MTEQ SYSTEM CO Ltd
Priority date: 2002-11-08
Filing date: 2003-11-07
Publication date: 2004-06-09
Also published as: GB0325969D0; US20050046389A1; TW200415367A; GB2395285A; TWI230797B

Abstract

公开了一种用于计算智能电池循环次数的方法，一种用于校正智能电池满充电容量的方法和设备，该满充电容量是用于表示电池正确剩余电量的参比容量。本发明考虑了电池的充电状态，增加了用于以渐近浮点变量更新满充电容量标准的循环次数，从而获得连续的循环次数。当电池已经完全充电或循环次数增加整数1时，使用预定满充电容量校正表更新满充电容量信息，其中表中跟随循环次数变化的满充电容量校正值通过段来线性化。这改善了实际中校正满充电容量信息的可靠性，并提高了基于满充电容量信息表示的电池中剩余电量的精确度。

Description

计算智能电池循环次数的方法及对使用该方法的智能电池的满充电容量进行校正的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种智能电池，并特别涉及一种以渐近浮点变量计算智能电池循环次数的方法。另外，本发明涉及一种对使用计算智能电池循环次数方法的智能电池的满充电容量(FCC)进行校正的方法和设备，该FCC作为参比电量，用于指示该智能电池的精确剩余电量。

背景技术

通常，便携式电子设备，诸如笔记本电脑，PDA，蜂窝电话等等，都包括在其上面显示当前剩余电量以及充电时间的电池，这种电池称为智能电池。该智能电池具有预定的内部控制单元用以为包含电池的电子设备提供该电池的当前温度，工作状态和剩余电量。

智能电池的剩余电量以当前满充电容量的百分比表示相对充电状态(RSOC)，电池的实际剩余电量表示为对应于RSOC百分比的电流量[mAH]，这在现有技术中已经熟知了。满充电容量意思是智能电池的最大充电容量，该电容量按指数规律与电池的循环次数成反比例减少，如图1所示。图1是表示在满充电容量中变化的曲线图，这是通过把具有最初满充电容量为2000mAH的智能电池完全放电操作并且重复为电池完全充电而获得的。当该电池彻底放电以及之后完全充电时，智能电池的上述现有控制单元(未示出)更新满充电容量，以校正电池剩余电量的错误。但是，像使用笔记本电脑等电子设备的普通用户很少彻底将电池放电然后完全充电。普通用户在电池彻底放电之前就为电池充电，或当电池的电量为满充电容量的95～100％时他/她就为电子设备提供外部电源，因此满充电容量很少更新。

相应地，电池剩余电量的错误随着电池循环次数的增加而增加。结果，现有的智能电池存在以下问题，即当应用该电池的电子设备正在被使用时，为了防止由于电池剩余电量的错误指示而产生的电池能量耗尽，在实际满充电容量被彻底使用之前，应当事先警告该用户电量不足。为了解决这个问题，已经建议了一种根据FCC的训练来校正剩余电量的方法。现有的FCC训练方法是，当电池已经被完全充电时开启放电操作并使用容量来更新FCC，该电池被放电直到电池电压达到放电电压限度电平(EDV)，即接近彻底放电，并将该容量作为参比容量。

在这种情况下，在电池彻底放电之前更新FCC，因此可以防止出现FCC不能被实际上更新的现有问题。但是，即使通过该FCC训练方法，当电池电压降低到EDV之前为电池充电时，也不能更新FCC。进一步，由于智能电池的输出电压在彻底放电迫近时突然的减少，将在训练FCC数据中产生错误，这种情形发生在使用现有FCC训练方法更新FCC的情况。因此，不能够提供有关精确剩余电量的信息。

韩国专利公开NO.02-41198公开了一种校正智能电池剩余电量错误的技术，该技术使用预定的剩余电量校正表，该表中借助循环次数存储输出电压，输出电流和电池温度。但是，这种技术是通过当电池彻底放电迫近时，比较测量的电池电压和存储在剩余电量校正表中的参比电压来校正剩余电量信息的。因此，由于测量电池电压而产生的错误，该技术提供了错误的剩余电量。另外，上述技术将剩余电量校正表的循环次数范围设置为大约50次循环的宽范围，同时该表向此宽范围提供了相同数据。因此，不能校正剩余电量信息中的错误，该剩余电量信息根据电池循环次数的增加而变化。而且，当满充电/放电没有迫近时，不能计算出精确的循环次数。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种计算智能电池循环次数的方法，该方法能够以连续浮点变量获得电池的循环次数，而不考虑该电池的充电状态。

本发明的另一个目的是提供一种用于校正智能电池FCC的方法和设备，该FCC根据电池循环次数的增加而变化，从而实时地改善与电池剩余电量有关信息的精确度。

为了实现本发明的目的，提供了一种计算智能电池循环次数的方法，包括：第一步骤，使用预定充电状态(SOC)容量表，计算累积的电池充电电量，其中在该表中对应于被细分为许多段的电池充电状态(SOC)以及电池循环次数存储电池电量；第二步骤：获得当完成电池充电时的累积电池充电电量和当电池充电开始时的剩余电量之间的差值，并计算该差值与当前满充电容量的比率；以及第三步骤：相应于该差值的比率，以浮点变量来增加循环次数。

为了实现本发明的目的，也提供了一种计算智能电池循环次数的方法，包括：第一步骤，使用预定充电状态(SOC)容量表，计算累积的电池充电电量，其中在该表中对应于被细分为多个段的电池充电状态(SOC)以及电池循环次数存储电池电量；第二步骤，在预定周期内获得累积电池充电电量和当电池充电开始时的剩余电量之间的差值，并计算该差值与当前满充电容量之间的比率；以及第三步骤，当电池充电完成时，相应于该差值的比率，以浮点变量来增加循环次数。

为了实现本发明的其他目的，提供了一种校正智能电池满充电容量的方法，包括：第一步，使用预定充电状态(SOC)容量表，计算累积的电池充电电量，其中在该表中对应于被细分为多个段的电池充电状态(SOC)以及电池循环次数存储电池电量；第二步，获得当完成电池充电时的第一电池充电电量和电池充电开始时的剩余电池电量之间的差值，并计算该差值与当前满充电容量之间的比率；以及第三步，相应于该差值的比率，以浮点变量来增加循环次数；第四步，用预定FCC校正表计算第一FCC校正值，其中当循环次数增加整数1时，根据电池循环次数通过段来记录FCC校正值；第五步，将预定校正常量应用到第一FCC校正值和已经累积的第二电池充电电量RM中，除了放电电量以外，直到循环次数增加整数1，用以计算第二FCC校正值；以及第六步，使用该第二FCC校正值来更新满充电容量信息。

为了实现本发明的其他目的，还提供了一种校正智能电池剩余电量的设备，该设备包括有，由外部电源供电的用于充电的电池组单元；用于检测电池组单元的输出电压，输出电流和温度的传感器；包含预定SOC电量表的表信息存储单元，其中记录的电池充电电量随着电池充电状态(SOC)和电池循环次数变化，该单元还包括：预定FCC校正表，其中跟随循环次数变化的FCC校正值根据段来线性化；数据存储单元，用于存储参数信息，该信息用于计算电池的剩余电量，如根据FCC校正表校正的FCC信息以及根据SOC电量表计算的循环次数信息；程序存储单元，用于存储预定操作程序，该程序是计算循环次数，校正FCC信息，计算电池的剩余电量并检测电池工作状态的；一种控制器，用来使用SOC校正表以浮点变量计算循环次数，当循环次数增加1或电池已经完全充电时，使用FCC校正表实时地更新FCC信息，并用于使用传感器所检测的数据和FCC信息来计算电池的剩余电量。

根据上述结构，循环次数以渐近浮点变量增加，因此可以获得的连续的循环次数。而且，在累积循环次数增加1或电池已经充满电的那一时刻更新FCC。因此，能够改善FCC信息的精确度以及基于该信息的剩余电量。

本发明的上述一般性描述和以下的详细描述是示意性和说明性的，这些描述旨在提供对本发明的进一步说明。

附图说明

包括的用于提供进一步理解本发明的附图包含在本申请中，并构成本申请的一部分，本发明的示例性实施方案与描述一起用于解释本发明的原理。在附图中；

图1表示普通智能电池的循环次数和该智能电池满充电容量之间的关系；

图2是根据本发明用于校正智能电池剩余电量的设备的结构框图；

图3表示根据本发明的智能电池的循环次数来线性化FCC值；

图4是根据本发明用于说明计算智能电池循环次数方法的流程图；以及

图5是根据本发明用于说明校正智能电池满充电容量方法的流程图。

具体实施方式

现在将参考附图并结合优选实施方案对本发明进行描述。

图2是根据本发明用于校正智能电池剩余电量的设备的结构框图，并特别显示了嵌入到智能电池中的控制单元的结构。

在图2中，参考数字10表示在该电池中用于充电的电池组单元，20表示用于检测电池组单元10的电压，电流和温度的传感器，以及30表示表信息存储单元，该单元包括有预定充电状态(SOC)电量表，其中记录的电池充电电量随电池的渐近SOC和循环次数变化，还包括有预定FCC校正表，其中随循环次数变化的FCC校正值根据段来线性化。

在本发明中，充电状态(SOC)以当前FCC百分比的方式来表示电池的剩余电量。例如，SOC 80％指的是电池被充电到其FCC的80％。SOC电量表用作以连续浮点变量计算电池循环次数的权值数据，以及该FCC校正表用作通过循环次数获得FCC校正值的参比数据。在图2中，参考数字40表示数据存储单元，该单元存储了用来计算电池剩余电量的参数，如根据FCC校正表校正的FCC信息，以及根据SOC电量表计算的循环次数信息等等。

在图2中，参考数字50表示程序存储单元，用于存储预定操作程序，即计算电池的循环次数，校正FCC信息，计算电池的剩余电量以及检测电池的工作状态。参考数字60表示一个控制器，该控制器用于通过使用SOC电量表来计算电池充电开始时测量的电池剩余电量与直到电池充电完成时累积的整个电池充电电量之间的差值，然后获得该差值与当前FCC的比率，以便相应于该比率以浮点变量增加电池的循环次数。另外，在电池已经被完全充电或循环次数增加整数1的情况下，该控制器使用FCC校正表实时更新FCC信息。而且，当电池被充电和放电时，控制器60使用传感器20所检测的数据以及FCC信息计算电池的剩余电量，并将与剩余电量有关的信息以及预定操作状态信息如温度等发送到与该控制器电联接的电子设备(未示出)。

在该实施方案中，电池的循环次数以浮点变量方式即50.1，50.2，50.3，...，50.9，60.0以及60.1来增加。相应地，在循环次数从50.1增加到50.9的情况下不更新该FCC信息。但是，当循环次数从50.9增加到60.1，从而循环次数增加整数1或电池已经被完全充电时，更新FCC信息。上述的FCC校正操作是本发明的一个实施方案，并且如果存在表示循环次数的浮点变量的微小增加，也可能更新该FCC信息。

现在，将更加详细说明在表信息存储单元30中存储的SOC电量表。

SOC电量表以循环次数来表示电池充电电量，当电池充电状态(SOC)为100％，75％，50％和25％时测定上述充电电量，例如，在表1中所示的，电池被完全充电以及彻底放电几百次。表1是表示电池容量为4000mAH的智能电池的一个实例。电池充电容量的单位是mAH。

表1

	SOC 100％	SOC 75％	SOC 50％	SOC 25％
	SOC 100％	SOC 75％	SOC 50％	SOC 25％	1次	3917	2780	1850	920
50次	3800	2558	1738	909	1次	3917	2780	1850	920
50次	3800	2558	1738	909	100次	3696	2260	1604	847
150次	3666	2031	1401	800	100次	3696	2260	1604	847
150次	3666	2031	1401	800	200次	3529	1953	1328	713
250次	3431	1634	1273	460	200次	3529	1953	1328	713

根据申请人所做的实验，可以得知，在根据电池组单元的化学特性测量的电池剩余电量中，在SOC为50％时电池被完全充电和SOC为0％时电池被完全充电的两种情况之间，存在大约低于5％的错误。可以得知，该错误范围随电池充电次数变化。相应地，当仅仅根据电池充电开始时测量的剩余电量来计算累积充电电量的增加时，错误将根据不同的充电状态而产生。提供的表1用于最小化该错误。

在本实施方案中，在电池的循环次数在电池充电开始的时刻为70次以及电池的剩余电量为SOC 80％时，例如，图2的控制器60使用诸如表1的SOC电量表线性化该段，在该段中循环次数为50～100以及SOC对应于75～100％，从而计算出对应于SOC 80％和循环次数70的实验剩余电量(下文中称为“SOC电量”)。然后，控制器使用SOC电量作为权值，并根据下面方程来计算电池充电电量直到电池充电结束。

[方程1]

第二充电电量＝第一充电电量+SOC电量

这里，第一充电电量是指从电池充电开始时刻起累积的电池充电电量，以及第二充电电量是指整个电池充电电量，整个电池充电电量通过将第一充电电量与SOC电量求和而得到。

图2的控制器60，在根据方程1计算的第二充电电量与电池充电开始测量的剩余电量之间差值达到当前FCC的20％的情况下，增加电池的循环次数0.2。上述的循环次数计算方法是根据本发明提出的一个实例，其可以以0.1单位的浮点变量来增加循环次数，只要第二充电电量和电池充电开始测量的剩余电量之间的差值达到预定的FCC百分比(例如，FCC的10％)。

参考图4中的流程图说明根据本发明计算智能电池循环次数的方法。图4所示的方法通过用于校正智能电池剩余电量的设备实现，如图2所示，图2中的控制器60使用SOC电量表，以渐近浮点变量增加电池的循环次数。

首先，当用户给同电子设备联接的智能电池充电时，在步骤ST401，电池组单元10通过外部电源充电。在步骤ST402，图2中的控制器60将电池的剩余电量记载在数据存储单元40中，该电量是在电池充电开始时测量的。然后，控制器从该数据存储单元40读取电池的循环次数和FCC信息，并计算当前剩余电量与FCC的比率，以判定当前剩余电量的SOC。在步骤ST403中，控制器60将对应于循环次数的SOC电量以及来自SOC电量表的剩余电量的SOC线性化。

在步骤ST404和ST405，控制器60使用在步骤ST403中获得的SOC电量作为权值，计算从电池充电开始时刻起直到完成电池充电时刻为止所累积的电池充电电量(第一充电电量)，从而得到整个电池充电电量(第二充电电量)，如方程1所表示的。

在步骤ST406中，图2中的控制器60获得第二充电电量与电池充电开始测量的剩余电量之间的差值，并计算该差值与当前FCC的比率。然后，在步骤ST407中，对应于该比率，控制器以浮点变量来增加电池的循环次数。例如在当电池充电开始时SOC为20％以及当充电结束SOC为80％的情况下，获得大约SOC 60％的差值，并且由于SOC 60％的差值对应于FCC的60％，因此以浮点变量将循环次数增加0.6。

根据本发明，电池的循环次数通过增加浮点变量来逐步增加，因此即使电池被充电时该电池没有被彻底放电，电池的循环次数仍可连续地增加。

现在，更加详细地描述图2的表信息存储单元30中存储的FCC校正表。FCC校正表模拟FCC校正值，该值根据循环次数增加按指数规律减少到许多线性化段(段A到E)，然后记录每一段(A到E)的斜率(a)和y-截距(b)，如以下表2和方程2中所示。图3的曲线图线性化FCC，例如，该FCC实际上当智能电池彻底放电以及完全充电400次时发生变化。表2所示为容量为2000mAH的智能电池的一个实例。y-截距(b)的单位为mAH。

[方程2]

FCC₁＝a×n+b(n：循环次数，FCC₁：第一FCC校正值，a：斜率，b：y-截距)

在方程2中，第一FCC校正值FCC₁指根据FCC校正表计算的，对应于循环次数的FCC校正值。例如在循环次数为200的情况下，第一FCC校正值属于表2(参考图3)的段D，因此第一校正值等于-0.633×200+1907＝1780.4[mAH]。

表2

	A	B	C	D	E
	A	B	C	D	E	斜率(a)	-4.965	-1.645	-1.000	-0.633	-0.365
y-截距(b)	1993	1966	1940	1907	1861	斜率(a)	-4.965	-1.645	-1.000	-0.633	-0.365

图2中的控制器以浮点变量计算电池的循环次数并更新FCC，而不论何时电池的循环的次数增加整数1或电池已经完全充电。

具体而言，控制器60对FCC校正表应用方程2以获得第一FCC校正值，该值对应于电池的循环次数。然后，当循环次数增加整数1或电池已经被完全充电(下文称为“更新FCC的时间点”)时，控制器60对累积的电池充电电量应用方程3以及第一FCC校正值以计算第二FCC校正值，并用第二FCC校正值来更新FCC信息。

在该实施方案中，当电池的循环次数增加整数1时，累积的电池充电电量并不是指当时电池的实际剩余电量，而仅仅是指电池充电时累积的电池充电电量，并不包含电池放电时所消耗的充电电量。例如，在电池充电过多的情况下，循环次数从70增加到70.7，放电FCC的20％，然后再次充电循环次数0.3，由于放电效应的影响，尽管循环次数增加到71，而实际电池充电电量变为FCC的80％。因此，很难使用电池充电电量，该电量是在电池的循环次数增加整数1时累积的，并作为更新FCC的参比数据。所以，图2所示的控制器60以这样的一种方式构成，除去电池放电时所消耗的充电电量，只要循环次数增加1该控制器就从SOC 0％计算到100％计算电池充电电量，，。

[方程3]

FCC₂＝W×RM+(1-W)×FCC₁

FCC₁：第一FCC校正值，FCC₂：第二FCC校正值，

RM：在更新FCC的时间点所累积的电池充电电量

W，1-W：校正常量(0≤W1≤1)

根据图2所示智能电池控制单元的特性，选择方程3中的校正常量W作为合适值。根据申请人所进行的实验，校正常量W主要受到控制单元特性的影响，而校正常量1-W受电池组单元10的特性的影响。在通常情况下，例如，优选将W设置为0.5。

通过参考图5的流程图来说明一种根据本发明的实施方案用于校正智能电池FCC的方法。

首先，在步骤ST501中，图2中的控制器60根据图4所描述的步骤，以浮点变量来计算电池的循环次数。在循环次数增加整数1或电池已经完全充电的情况下，在步骤ST502中，控制器60对此进行检测，并获得更新FCC时累积的电池充电电量RM和当前FCC之间的差值。在步骤ST503和ST504中，当差值小于预定错误参比值时，控制器根据上述FCC校正表来计算电池充电电量RM和第一FCC校正值之间的差值，从而确认是否该差值小于预定的错误参比值。根据申请人所进行的实验，优选地将该错误参比值设置为100～200mA。可以有选择性地执行步骤ST503和ST504。

在本实施方案中，在更新FCC时累积的电池充电电量RM与电池的实际满充电容量相似，因此，在FCC和RM之间的差值以及RM和FCC校正值之间的差值都小于预定错误参比值的情况下，在步骤ST505中，控制器60判定该电池已经正常充电，并用通过FCC校正表和方程3计算的第二FCC校正值来更新当前FCC信息。

在步骤ST503和ST504中，当判定RM和FCC之间的差值或RM和FCC校正值之间的差值大于预定错误基参比时，在步骤ST506中，控制器60不更新当前FCC信息，而是执行预定错误处理操作，在根据步骤ST505更新FCC信息的情况下，在步骤ST507中，控制器60根据更新的FCC信息，校正数据存储单元40中存储的电池剩余电量。

而且，控制器60基于最新校正的FCC信息，校正电池剩余电量中的错误，该错误随充电重复次数变化，只要电池循环次数增加整数1或进行了通常的满充电，如图5所示。

如上所述，本发明考虑了电池的SOC，增加了用于成为以渐近浮点变量更新FCC标准的循环次数，因此获得了连续的循环次数。而且，本发明在循环次数增加的时间点更新FCC，从而改善了实际校正FCC信息的可靠性，并提高了基于FCC信息表示的电池中剩余电量的精确度。

尽管已经示例和描述了包括优选实施方案的特定实施方案，本领域的普通技术人员将明白，在不偏离本发明的精神和范围的情况下可以对本发明作出各种修改，本发明的范围仅由所附权利要求书进行限定。

Claims

1、一种用于计算智能电池循环次数的方法，包括：

第一步，使用预定充电状态容量表，计算累积的电池充电电量，其中在该表中对应于被细分为许多段的电池充电状态以及电池循环次数存储电池电量；

第二步，获得当完成电池充电时的累积电池充电电量和当电池充电开始时的剩余电量之间的差值，并计算该差值与当前满充电容量的比率；以及

第三步，相应于该差值的比率，以浮点变量来增加循环次数。

2、根据权利要求1所述的用于计算智能电池循环次数的方法，其中第一步包括如下步骤：

以满充电容量的百分比来计算电池充电开始时的电池剩余电量，从而确定电池的充电状态；

线性化预定的充电状态电量，该电量是对应于充电状态和充电状态电量表中循环次数的电池电量；以及

将充电状态电量和从电池充电开始时间点充电的电量进行求和，以计算电池充电电量。

3、一种用于计算智能电池循环次数的方法，包括：

第二步，在预定周期内获得累积电池充电电量和当电池充电开始时的剩余电量之间的差值，并计算该差值与当前满充电容量之间的比率；以及

第三步，当电池充电完成时，相应于该差值的比率，以浮点变量来增加循环次数。

4、一种用于校正智能电池满充电容量的方法，包括：

第二步，获得当完成电池充电时的第一电池充电电量和电池充电开始时的剩余电池电量之间的差值，并计算该差值与当前满充电容量之间的比率；

第三步，相应于该差值的比率，以浮点变量来增加循环次数；

第四步，用预定满充电容量校正表计算第一满充电容量校正值，其中当循环次数增加整数1时，根据电池循环次数通过段来记录满充电容量校正值；

第五步，将预定校正常量应用到第一满充电容量校正值和已经累积的第二电池充电电量RM中，除了放电电量以外，直到循环次数增加整数1，用以计算第二满充电容量校正值；以及

第六步，使用该第二满充电容量校正值来更新满充电容量信息。

5、根据权利要求4所述的用于校正智能电池满充电容量的方法，其中跟随第四步的这些步骤当智能电池已经完全充电时执行。

6、根据权利要求4所述的用于校正智能电池满充电容量的方法，其中第二满充电容量校正值根据方程FCC₂＝W×RM+(1-W)×FCC₁(0≤W1≤1)计算，当第一和第二校正值分别为FCC₁和FCC₂时，在第五步中，与第二电池充电电量RM相乘的校正常量为W，以及与第一满充电容量校正值相乘的校正常量为1-W。

7、根据权利要求4所述的用于校正智能电池满充电容量的方法，在第四和第五步骤之间进一步包括错误处理步骤，该错误处理步骤获得了第二电池充电电量RM和当前满充电容量之间的差值，当差值超过预定错误参比值时，保存当前满充电容量作为满充电容量信息，并当该差值小于错误参比值时，执行第五步骤以后的步骤。

8、根据权利要求4所述的用于校正智能电池满充电容量的方法，在第四和第五步之间进一步包括错误处理步骤，该错误处理步骤获得了第二电池充电电量RM和第一满充电容量之间的差值，当差值超过预定错误参比值时，保存当前满充电容量作为满充电容量信息，并当该差值小于错误参比值时，执行第五步以后的步骤。

9、一种校正智能电池剩余电量的设备，包括：

由外部电源供电的用于充电的电池组单元；

用于检测电池组单元的电压、电流和温度的传感器；

包含预定充电状态电量表的表信息存储单元，其中记录的电池充电电量随着电池充电状态和电池循环次数而变化，该单元还包括预定满充电容量校正表，其中随循环次数变化的满充电容量校正值根据段来线性化；

数据存储单元，用于存储参数信息，该信息用于计算电池的剩余电量，如根据满充电容量校正表校正的满充电容量信息以及根据充电状态电量表计算的循环次数信息；

程序存储单元，用于存储预定操作程序，该程序是计算循环次数，校正满充电容量信息，计算电池的剩余电量并检测电池工作状态的；以及

一个控制器，使用充电状态校正表以浮点变量计算循环次数，当循环次数增加1或电池已经完全充电时，使用满充电容量校正表实时地更新满充电容量信息，并使用传感器所检测的数据和满充电容量信息来计算电池的剩余电量。