TW416160B - Method and device for enhancing smart battery performance - Google Patents
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Description
416160 五、發明說明（1) I發明背景 - 本發明係關於可再充電電池及電池組以及，在特定具體 實施例中，係關於智慧型電池及電池組（電池/組）。本發 明係關於改良電池/組電量、剩餘電量及決定剩餘執行時 間的正確性。方便的是，本發明可利用動態充電電壓端 點，在整個電池/組使用壽命期間及各式各樣的操作狀況 及環境下，來增強可再充電電池/組的性能。本發明可使 得電池/組使用者在每次電池/組充電時獲取更多有用的電 丨量，及更正確地追蹤電池/組電量= 可再充電電池/組常用於不同的應用實例中，例如膝上 型電腦，其中電池/組所供應的能量，對於維持某種關於 使用者應用的資訊係很必要。在這類情況下，當電池無法 再滿足目前能量需求時，此類資訊的某部份或將全部消. I失。因此，裝置設計者及製造者結合技術，以警告使用者 I及/或發訊號給主裝置，告知其電池/組中的剩餘電量，例 如發出用於膝上型電腦的儲存至磁碟常式，以避免資訊流 失。藉由在電池/組接近電池/組僅有足夠剩餘電量執行存 :檔常式的時間點時，警告使用者，使用者可即時執行存檔 i 常式，以避免有價值資訊的流失°以下為本發明的目的： 在放電週期中的某個點位置，發出這些儲存常式，在該週 期中剩餘足夠電量以執行具有足夠容錯度的存檔常式，同 時減少電池/組中過多的未使用電量。 此外，在電池/組達到某種輸出電壓級時，可能觸發其 丨他事件，其中剩餘電力被視為關聯於這些輸出電壓級。例
第6頁 416160 五、發明說明（2) 如，油量計的操作、關機及與主裝置或使用者的其他剩餘 電量連絡，都可根據電池/組的輸出電壓級加以觸發。 通常，放電電壓（E 0 D V )的固定端點係用於電池/組操作 及充電演算法，其中E0DV為電池/組的電壓輸出，該電池/ 組，在到達固定端點時，指示基本上電池/組所有可用電 量，超過及高於用於任何必要終端功能的所需電量，就加 以移除。因此，以智慧型電池/組為例，一旦達到此固定 E 0 D V，即指示主裝置或使用者關機及重新將電池/組充 電。此外，此固定E0DV通常作為決定電池/組電量的終 點，導致電量在E0DV處被定義為實際上為零，或固定最终 量。因此，此E 0 D V的正端性對於電池/組的性能十分重 要。 由於内容電阻（I R)壓降，例如由於電池及互聯的關係， 對於這些目的而言，固定E0DV通常是不正確的。接觸電 阻、電池容器電阻、金屬絲電阻、交線電阻、電級電阻、 電級/電解液介面電阻、電解液電阻及保護電路等的電阻 壓降導致錯誤決定了電池/組電級的實際電位。特別是在 高放電速率時1這些電阻壓降會改變代表放電速率函數的 電池/組放電曲線，且由於使用固定的E0DV，可能導致決 定電池/組已用完所有可用電量，即使電池/組仍剩餘許多 電量。再者，這些電阻壓降會減低不同放電速率電量計的 正確性或重覆性，例如當固定E 0 D V用來定義零，或接近零 的電量時。 此外，若電池/組充放電的次數增加時，固定的E0DV會
416160 Γ五、發明說明¢3) ί I導致決定錯誤的電量。對於可再充電電池/組而言，電壓、 曲線與電量間的關係，會隨著電池週期壽命的函數而改 變。特別是對於某些電池/組，當充電週期數增加時，達1 到固定E0DV的那個點的實際可用電量，會比電池/.组在進 j 行了較少充電週期時所達到的相同固定E0DV的電量要來得j 多。 丨 再者，其他因素譬如像溫度、電池化學、電池尺寸、剩 餘電量及操作狀況均會影響決定電量的正確性°因此，在 ]本技藝中需要有一種方法及裝置，能夠更正確地測量出剩 餘電量，並更正確地決定用於可再充電電池/組放電電壓 的端點。 簡要發明總結 本發明係關於一種改良決定電池/組電量、剩餘電量及 剩餘執行時間正確性的方法及裝置。本發明的一特定具體 實施例係與實行用於可再充電電池及電池組（電池/組）的 :動態放電電壓端點（E0DV )有關。此動態E0DV可根據，例如 環境、作業狀況、溫度、剩餘電量、電池化學、電池尺 寸、波形係數、放電速率，及/或電池所進行的充電/放電 週期數來調整°本發明可提供用以增加電池/組各放電週 期的執行時間。此外，本發明可於更正確的時間點提供儲 | 存至磁碟警報，同時確保有足夠能量用於實際儲存至磁碟j |的操作。再者，本發明也可延長電池/組的使用壽命。 I 本發明的特定具體實施例中，利用的是取決於充放電週 期數，相對於固定E0DV的動態E0DV。根據本發明，有數種
第8頁 4^6160 五、發明說明（4) 動態變更E0DV的方法。本發明的另一特定具體實施例中， 利用的是取決於放電速率的動態EOD V。其他具體實施例可 利用取決於溫度或週期數、放電速率及/或溫度的某種組 合。 圖式簡單說明 圖1顯示放電曲線，以具有鋰電池化學特性的電池的充 放電週期函數所繪出的曲線。 圖2A表示放電電壓動態端點的直線近似值，是以用於本 發明的一特定具體實施例的放電速率函數所繪出的線。 圖2B由典型鎳質電池放電函數所繪製的放電曲線。 圖式之詳細說明 本發明係關於一種改良決定電池/組電量、剩餘電量及 剩餘執行時間正確性的方法及裝置。本發明的一特定具體 實施例係與實行用於可再充電電池及電池組（電池/組）的 動態放電電壓端點（E0DV)有關。此動態E0DV可根據，例如 環境、作業狀況、溫度、剩餘電量、電池化學、電池尺 寸、波形係數、放電速率，及/或電池所進行的充電/放電 週期數來調整。本發明可提供用以增加電池/組各放電週 期的執行時間。此外，本發明可於更正確的時間點提供儲 存至磁碟警報，同時確保有足夠能量用於實際儲存至磁碟 的操作。再者，本發明也可延長電池/組的使用壽命。 本發明的特定具體實施例中，利用的是取決於充放電週 期數，相對於固定E0DV的動態E0DV。根據本發明，有數種 動態變更E0DV的方法。參見圖1 ，圖1顯示用於2、200、
五、發明說明（5) _ 3』0。及圖4 放：週期的單一鐘離子電池，其典型的敌電曲 ' ‘不书'也/組進行額外的充放電週期時，放電曲 然圖1說明…離子電池的典型= 的函數，纟改變質地學特性的電池也會隨著充放電週期數 錄氩、鐘聚合物、二:“:本發明適用於…、鎳錦、 電電池化學特@。離子族，及其他現在及未來的可再充 圖1中也顯示了你田m ^ .. m 吏用固疋電壓的影響，圖1是使用9η & :二用於觸發暫停磁碟的操作。；：：：。伏 要在低於最低關鍵操作電紅7伏特的情況下放雷最好不 剩餘的可用電量即是铋 月况下放電，所以 特處的電量差距，如水.$到3，伏特至曲線達到2, 7伏 後，這種差距就對應=:二在電本，中，經過2週期 J ’這種差距就對應到約18。,安培的電$量。：在4:週期之 至磁碟操作約需要4(^安培電量，並且 ^果執行儲存 作需要3. G伏電壓，則基 觸^儲存至磁碟操 ，量了，但是在_週期後二=未用 電量。 食培的未用 =一方面，如果於2. 8伏特時觸發用於已 儲存至磁碟操作，則僅留下約4〇m安培的剩週期的 此，對於已進行4。。週期/放電週期的電池乂且：°因 約2· 8伏特而非3.〇伏特觸發儲存至磁 作而呂1當於 少的未用電量。所以，在2 8获辟而非钻作日寸，則留下較 磁碟操作，讓使用者有較長的執行時間·°伏特觸發儲存至
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五、發明說明（6) 在本發明的一特定具體實施例中，圖1的鋰離子電池/組 與由直線近似值所決定的E0DV合用，取決於充放電週期a 數。在本具體實施例中，係針對鋰離子電池/組來決定 E0DV，其放電曲線如圖1所示’係取決於直線近似值。 E〇DV = E〇DVQ -(常數）（週期數） （1)
mV =31 OOmV - (0.75----)(週期數） （2) 週期 在此具體實施例中’要一直到達到4 0 0週期，才能用等式 (2)決定EODV。4 00 週期後，EODV會維持在2.8伏特，以L 免達到用於此特定電池化學特性的最小操作電壓2 7伏 特。這也可以避免E0DV達到某個情況，在該情況下E〇Dv上 的電量不足以例如用於儲存至磁碟的操作。 E0DV、EODV^對於直線近似值的斜率及初值可由實驗決 定，及/或理論上加以決定，對於各電池/組，並^櫨不 同的電池化學特性、溫度、放電速率、剩餘電量及 構，有改變。例如，針對不同因素的結合來執行測二I 測ΐ結果的放電曲線可加以整合以決定E 〇 D y。 ' 另一具體實施例可執行， 似。在較佳具體實施例中， 所需的關機或存至磁碟的操 週期數，我們可以利用最佳 使用階式的E0DV函數或其他 組性能並滿足其他系統限制 例如，二階、三階或對數近 對於留下足夠剩餘電量以執行 作之放電曲線上的點，對於各 的曲線。另—具體實施例，可 函數，這些函數可増強電池/ ，例如記憶體有限制時。
O:\57\57135.PTD 第11頁 4161 ⑼ ^— ------------- ~ 一^— — 1五、發明說明（7) 可利用監控電路，例如智慧型電池挺内的監控電路，‘來 監控電池/組的終端電壓，並觸發某動作，例如在達到 丨EODV時觸發儲存至磁碟常式。例如，當終端電壓小於或等-'於EODV時，可設定狀態位元’以允許電路啟動儲存至磁碟 !常式。也可利用監控電路來監控用於代入等式（1)中的充 |放電週期數= 於本發明的另一特定具體實施例中，利用到取決於放電 速率的動態EODV 此動態E0DV，與使用固定E〇DV相較，可 以更正確地指示出電池/組中的剩餘電量。至於圖2A中的 電池/組，由於消耗率較高所以E0DV較低。在本具體實施 例中，EODV為瞬間消耗率函數，這是因為牽涉則内部電阻 元件。如果根據放電C速率來選擇固sE0DV，並且電池/組 在3C運作，將留下更多電量在電池/組中的E〇DV，因為電 池/組電壓在較高的放電速率下會被降低。相反地，如果 選用固定EODV，以致以較高速率，例如3C放電時，在電池 中留下所希望的電量，真電池/組以C速率放電，則電池中 將留下較少的電量，旅且可能無法完成終止函敷。使用取 決於實際放電電流的動態EODV ,能夠更正確的估算出剩餘 電量。一般慣例相當#守，係選擇對應到低放電速率，例 如1C或更低速率的固定e〇PV ,導致以較咼放電迷率放電直 E⑽V時，電池/紐中有未用電量。圖2B顯示不同敌電速 的典型鎳氫電池的放電曲線間的關係’所謂的不同放電速 率也就是圖2B中的〇 2C、1C、2C及3C。不同放電速率 電曲線中方向各有不同，至少部份的原因是受纠電阻元件
416160 五、發明說明（8) 的影響，譬如電池接 如果能夠藉由消耗互聯的關係。 以執行電量計列量 /級至Ε0Μ然後將電池/組充電，_ E0DV，此電量气^旦合及如果針對消耗率使用適當的 至固定E0DV然後再更正確。例如，如果電池/組放電 則超時整合的充電二土電，假設E0DV上的剩餘電量為零， 新獲得的電量。情、主對於電池/組來說’可用來作為 E0DV以開始測量^獲；：1，當將電池/組放電至固定的 量將與放電的速率有=電量，電池/組中E0DV上的剩餘電 紕可包含的額外充電I 13 1員而易見地，這將影響到電池/ 次，當電池Μ且由使^’因此也影響到所獲得的電量。1 來放電時，將在放電：以不同於測量所獲得電量的速率、 曲線具有不同於所獲4ϊ點上達到=定_，該等放電 】敌電速率於電池,組二電4率，電曲、線，以及用於不 ί，可導致不正確的Codv處剩餘電量的對應差、不 剩餘電量、及/或益/约剩餘電量、達到固定E〇DV沾 能的達ί丨田…^ 夠剩餘電量執行可能必絷 的未用 雙到固定E0DV。 的终il· t臀明隨放電速率7 t ^ 計操作的二;H而改變的動態，、〜 更多的電池/組電量：了允許使用/在各放電蹲；；電量 得；《後充電，其中測得放電數量以 電％lc?
狀態由：：電池/虹附有電量計，電量計的讀，新ί 由於电池/組破放電，所以電量計的指糸，為滿ς 4^6160 五、發明說明（9) 決定目前所獲 指示，例如時 ，在電量計指 迫使用者關閉 一方面，如果 率可降低 #示得更正 剩餘電量。 並利用固定 示電池/組在 到指示或被強 為實際上有剩 計低估電池/ 指示無剩餘電 中。另一方 率放電以開始 將較高。因 使用者使用更 油狀態’例如藉由整合逾時放電線路，艮。 得電量剩餘之百分率。請注意到電量計:: 間剩餘莖、電量剩餘量或其他所需的格式此 如果放電逮率高於1C，並使用固定的^〇叮 示零剩餘電量以及根據協定指導使用者或 及為電池充電之前，將達到固定E0DV。^外 根據本發明利用動態E0DV，針對輪高玫帝 E0DV，允許使用更多的剩餘電量，讓電=計 確，並=下—次獲得的電量設定更正確的零 如果電池/組放電速率低於丨c，例如〇々， E0DV ’則電量計在達到固定E〇DV之前，將产 放電。取決於所使用的協定，使用者可能= 迫執行關閉。電量計不會顯示剩餘電量，因 餘電量時，新獲得電量為零，因此導致電量 ，的實際電量。再次，如果使用者在電量計 I時就加以關閉，未用剩餘電量將留在電池 面，如果根據本發明使用E0DV，原先以丨C速 新獲得電量的E0DV將會較低，而新獲得電量 此，電量計將更正確地指示剩餘電量，允許 多電池/組及剩餘電量。 在較佳的具體實施例t ’如圖2A所*，作為放電速率函 數來確定E0DV，可藉由直線近似值產生。圖2A是用來說明 本表月並顯示E 〇 D V是如何根據放電速率來決定。可利用 實驗及/或理論取得直線近似值的斜率及交點，且該斜率
第14頁 41616« 五、發明說明（ίο) 及交點可隨不同的電池化學特性、溫度、剩餘電量、週期 計數及實際組態而改變。另一具體實施例可執行，例如二 階、三階或對數近似值。在另一特定具體實施例中，可使 用最佳曲線。 ： 本發明之額外具體實施例可調整EODV作為，例如其中之 一或更多以下因子之函數：充放電週期計數、放電速率、 溫度、剩餘電量、電池化學特性、波形係數、及實際.組 態。放電曲線測量可視為不同因子的組合及所產生的對應 厂 放電曲線。這些曲線可被整合至對數令，用於調整電池/ 組的EODV。如上所述，這些對數可利用整合有所需因子的 等式來實行。此外，可利用查詢表。在一特定的具體實施 例中，可利用多維度查詢表，使各維度對應到所考慮的因 子之一 ° 可理解的是，此處所描述的範例和具體實施例主要是用 來說明用，本發明有無窮的變化。這些變化應視為仍不脫 丨離本發明的精神及範疇，而且對於該行業的專家而言是顯 i 而易見的修改方式，本發明的專利申請範圍定義如下。
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Claims (1)
- 416160 々、申請專利範圍 1. 一種在放電週期内從可再充電電池/組增加可用電量 的方法，包含以下步驟： (a) 監控可再充電電池/組的充/放電週期數目；以及 (b) 根據該充/放電週期數目調整用於該電池/組的一放 電電壓端點，其中放電電壓端點用來作為可再充電電池/ 組的完全放電或接近完全放電之指標，其中放電電壓端點 的調整，在放電週斯終點處將電池/組中剩餘的未用電量 降至最低。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，另包括以下步驟： (d )在整個電池/組使用壽命中，重覆步驟（a )及（b )。 3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中放電電壓的端點 係根據直線近似值加以調整^如此致使放電電壓最初端點 隨著充/放電週期數的一定倍數而調整。 4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中放電電壓端點係 根據二階等式近似值加以調整。 其中該放電電壓端點 其中該放電電壓端點 5. 如申請專利範圍第1項之方法 係根據最佳等式近似值加以調整。 6. 如申請專利範圍第3項之方法 在預定的充/放電週期數後仍維持不變，以致避免電池/組 達到最小關鍵操作電壓。 7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中在放電電池/組達 到放電電壓終點時，會傳送警報給使用者，以致使用者可 以在電池/組的電ϊ不足以執彳于終止功能之如’執行終止 功能。第16頁 六、申請專利範圍 8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中在可再充電電池/ i 組達到放電電壓終點時，電池/組提供以下群組之一或一 個以上： 一電量計讀數、一剩餘時間讀數、用於放電端點的一關 鍵訊息、依據S Μ B u s標準的一放電警報端點、以及一電量 剩餘讀數。 9. 如申請專利範圍第7項之方法，其中該終止功能係儲 存至磁碟操作。 10. —種使可再充電電池/組增加可用電量的方法，包含 以下步驟： j (a)監控可再充電電池/組的放電速率；以及 | (b )根據該放電率，調整電池/組之放電電壓端點，其中 !該放電電壓終點係用於作為可再充電電池/組完全或接近 完全放電的指標， 其中放電電壓端點的調整將放電週期端點電池/組内所 剩餘的未用電量降至最低。 1 1.如申請專利範圍第1 0項之方法，另包括以下步驟： (d)在整個電池/組壽命中，重覆步驟（a)及（b)。 1 2,如申請專利範圍第1 0項之方法，其中放電電壓的端 點係根據直線近似值加以調整，以致放電電壓最初端點隨 著放電速率的固定倍數而調整。 1 3.如申請專利範圍第1 0項之方法，其中放電電壓端點 係根據二階等式近似值加以調整。 1 4.如申請專利範圍第1 0項之方法，其中該放電電壓端 416160 I六、申請專利範圍 !點係根據最佳等式近似值加以調整。 : 1 5.如申請專利範圍第1 2項之方法，其中該放電電壓端 , -! 點在該放電速率達到預定值後仍維持不變，以致避免電池| ! 1 /組達到最小關鍵操作電壓。 1 6.如申請專利範圍第1 0項之方法，其中在放電電池/組 達到放電電壓终點時，會傳送警報給使用者，以致使用者 可以在電池/組的電量不足以執行終止功能之前，執行終 止功能。 1 7.如申請專利範圍第1 0項之方法，其中在可再充電電 池/組達到放電電壓終點時，電池/組提供以下群組之一或 一個以上： 一電量計讀數、一剩餘時間讀數、用於放電端點的一關 鍵訊息、依據SMBus標準的一放電警報端點、以及一電量 丨剩餘讀數。 1 8.如申請專利範圍第1 6項之方法，其中該終止功能係 指儲存至磁碟的操作。 1 9. 一種在放電期間内讓使用者從可再充電電池增加可 用電量的方法，包含在整個電池壽命中重覆調整放電電壓 端點值的步驟，以致用於放電週期的放電電壓終點的剩餘 電池電量係大致維持不變。 I 20.如申請專利範圍第19項之方法，其中該放電電壓端 點係根據以下群組之一或一個以上加以調整：可再充電電 池/組所進行的充/放電週期數、可再充電電池/組的放電 速率、以及可再充電電池/組的溫度。 416160 六、申請專利範圍 2 1. —種決定可再充電電池/組剩餘電量的方法，包括以 下步驟： (a)監控以下群組之一或一個以上； 週期計數、放電速率及溫度； (b )根據步驟（a)的結果，調整最初剩餘電量值， 其中最初剩餘電量係以較測量所使用電量要少的電池/ 組獲取電量為基礎。 2 2.如申請專利範圍第2 1項之方法，其中該剩餘電量決 定係用來選擇即時啟動终止功能的一個點。 2 3.如申請專利範圍第2 2項之方法，其中該終止功能係 儲存至磁碟操作，其中當剩餘電量約等於需要執行該儲存 至磁碟操作的電量時，即啟動該儲存至磁碟操作。 2 4.如申請專利範圍第2 2項之方法，其中該終止功能對 I 於使用者而言係一警報。 2 5.如申請專利範圍第2 1項之方法，其中該剩餘電量決 定係用來提供以下群組其中之一或一個以上：一電量計讀 數、一剩餘時間讀數、用於放電端點的一關鍵訊息、依據 SMBus標準的一放電警報端點、以及一電量剩餘讀數。
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