操作電池以避免損害並最大化電池容量使用的方法和裝置的製作方法

2023-10-28 00:32:52

專利名稱：操作電池以避免損害並最大化電池容量使用的方法和裝置的製作方法
操作電池以避免損害並最大化電池容量使用的方法和裝置技術領域0001本發明一般涉及控制電池的操作以確保在損害電池前終止電池放電。
背景技術：
0002己知在特定的充電狀態或該狀態之上必須進行電池的放電 以避免損害電池。過去，用於確定是否終止電池放電的充電狀態是基於 固定電壓確定的。然而，當負載施加到電池上時電池端電壓包含兩個因數(i)根據電池的開路電壓特性的固定電池電壓值，禾n (2)由電池內的電流-電阻(IR)降所確定的電池的內部阻抗。固定電池端接電壓不會反映由耦連到電池的負載引起的端電壓的變化。而且，固定電池端接 電壓不會反映隨電池老化而產生的電池內部電阻的變化。0003為了描述目的，術語"壽命/使用期(age)"指電池已經經 受的充電/放電循環數，而不是電池已經存在的按年代順序排列的時間量。0004對於新電池而言，與充電的開路狀態相比，充電狀態的差異 隨出現的充電電流的變化是小的。然而，隨著電池老化，充電狀態的差 異顯著增加，原因是電池的內部電阻隨老化而增大。作為示例但不作為 限制，在充電/放電300次循環後，鋰離子電池的內部電阻可能會增大5 倍。0005未能考慮電池內的內部IR降隨電池老化的變化以及只依賴電 池的固定端接電壓的有害結果是不能有效地利用電池操作。也就是，在 固定端接電壓下終止電池的放電可能留下未使用的許多電池容量。由於 電池內部阻抗的增大，當電池的放電只根據固定的端接電壓終止時高達 30%的電池化學容量可能仍然可用。0006需要一種用來控制電池放電的方法和裝置以避免對電池的損 害同時最大化電池容量的使用。發明內容0007一種用於終止電池放電以避免電池損害並最大化電池使用的 方法，其包括以下步驟(a)確定電池容量；(b)存儲容量確定的容 量結果；(c)確定電池電壓；(d)在所監控的電池工作期間，在一時 間間隔內對電池電流進行積分以確定在間隔時間結束時所積分的電荷 值；(e)確定在該間隔時間結束時放電的現存深度；(f)如果放電的現 存深度不在最大放電深度的第一範圍內，電池電壓也不在最小電池電壓的第二範圍內，則執行步驟(d) - (f) ; (h)如果放電的現存深度在最大放電深度的第一範圍之內，或者如果電池電壓在最小電池電壓的第二 範圍之內，則終止所監控的電池工作。0008
一種用於控制電池操作以終止電池放電來避免損害電池並基 本最大化電池的化學容量使用的裝置，其包括(a)與所述電池耦連的處理和控制單元。所述處理和控制單元確定所述電池的第一放電深度， 同時所述電池在開始第一電池操作之前處於鬆懈狀態。所述處理和控制 單元確定所述電池的第二放電深度，同時所述電池在完成所述第一電池 操作之後處於鬆懈狀態。(b)與所述電池和所述處理和控制單元耦連的 第一測量單元。所述第一測量單元在所述第一電池操作期間確定來自所述電池的電流。(c)與所述電池和所述處理和控制單元耦連的第二測量 單元。所述第二測量單元確定所述電池兩端的電池電壓。所述處理和控 制單元使用所述第一放電深度、所述第二放電深度和所述電流來確定所 述電池在完成所述第一電池操作後的最大化學容量。在所述第一電池操 作之後的下一個電池操作期間，所述處理和控制單元在一段時間間隔內 對來自所述電池的電流關於時間進行積分，以確定基本當所述間隔結束 時在間隔時間末所積分的電荷值。所述處理和控制單元使用所述最大化 學容量、所述積分的電荷值和所述第一放電深度來確定在所述間隔時間 末的現存放電深度。如果所述現存放電深度不在預定的最大放電深度的 第一預先確定範圍內並且所述電池電壓也不在預定的最小電壓的第二預 先確定範圍內，則所述處理和控制單元與所述第一測量單元和第二測量 單元合作以確定隨後時間的隨後放電深度。如果所述現存放電深度在預定的最大放電深度的第一預先確定範圍內或者如果所述電池電壓在預定 的最小電壓的第二預先確定範圍內，則終止所述下一個電池操作。
0009因此，本發明的目的是提供一種用於控制電池放電的方法和 裝置以避免最大化電池容量使用的同時對電池造成損害。


0010圖l是電池內部阻抗作為頻率的函數的圖形表示，這種關係隨
電池的壽命變化。
0011圖2是電池端電壓作為電池容量的函數的圖形表示，這種關係 隨電池的壽命變化。
0012圖3是電池端電壓作為電池對於第一放電速率的放電深度的函 數的圖形表示，該關係隨電池的壽命變化。
0013圖4是電池端電壓作為電池對於第二放電速率的放電深度的函 數的圖形表示，該關係隨電池的壽命變化，所述第二放電速率高於圖3中 所示的第一放電速率。
0014圖5是電池端電壓作為電池容量的函數的圖形表示，說明有負
載時電池的內部電阻對電池容量使用的影響。
0015圖6是在對電池充電的第一電池操作期間電池端電壓作為時間 的函數的圖形表示。
0016圖7是在對電池放電的第二電池操作期間電池端電壓作為時間 的函數的圖形表示。
0017圖8是說明本發明的方法的流程圖。
0018圖9是說明本發明的裝置的示意圖。
具體實施例方式
0019圖1是電池內部阻抗作為頻率的函數的圖形表示，這種關係 隨電池的壽命變化。在圖1中，圖形表示10顯示關於第一軸12上的阻 抗Z (以歐姆表示)和關於第二軸14上的頻率(以赫茲表示，Hz)的數 據。所顯示的數據排列在多條曲線20上。多條曲線20的範圍從代表來 自電池早期壽命(即，已經經受相對少的充電/放電循環)的數據的早期
8曲線22到代表來自電池晚期壽命(即，已經經受較多次的充電/放電循環)
的數據的晚期曲線24。從圖1中可以觀察到在低頻率時電池的內部阻抗 Z隨電池壽命的增加而增大。該結果是顯著的，原因是電池通常用來給被 供電(supplied)裝置或主機裝置比如膝上計算機或類似裝置提供直流 (DC)低頻電力。
0020圖2是電池端電壓作為電池容量的函數的圖形表示，這種關 系隨電池的壽命變化。在圖2中，圖形表示30顯示關於第一軸32上的 電壓(單位為伏特，V)和關於第二軸34上的電池容量Q (單位為％) 的數據。所顯示的數據排列在多條曲線40上。多條曲線40的範圍從代 表電池早期壽命(即，已經經受較少的充電/放電循環)的數據的早期曲 線42到代表電池晚期壽命(即，已經經受較多次的充電/放電循環)的數 據的晚期曲線44。從圖2中可觀察到電池容量隨電池壽命的增加而降低。 其例如一般是鋰離子電池，與單獨由電池老化引起的化學容量的變化相 比，由IR降隨電池老化的增加而造成的容量損失對總電池容量有更大的 影響。作為示例但不作為限制，在IO小時放電速率下的鋰離子電池的容 量在100個循環內變化約6%。然而，如果去掉IR降的效應，則估計在 100個循環的老化過程中，鋰離子電池的容量僅變化3%。
0021圖3是第一放電速率的電池端電壓作為電池放電深度的函數 的圖形表示，這種關係隨電池的壽命變化。在圖3中，圖形表示50顯示 關於第一軸52上的端電壓(單位為伏特V)和關於第二軸54上的電池 化學放電深度(DOD，單位為％)的數據。所表示的數據排列在多條曲 線60上。多條曲線60包括表示來自新電池(即，還沒有經受充電/放電 循環)的數據的新電池曲線62、表示來自已經經受100個充電/放電循環 的電池的數據的100周電池曲線64、表示來自已經經受200個充電/放電 循環的電池的數據的200周電池曲線66和表示來自己經經受300個充電 /放電循環的電池的數據的300周電池曲線68。在顯示的端電壓值為3伏 特時，可以觀察到新電池曲線62顯示新電池具有的DOD為Dl柳w。端 電壓為3伏特時，100周電池曲線64顯示壽命(時效已達)為100周/ 循環的電池的DOD為Dlu)q，且D1觸〈D1new。端電壓為3伏特時，200 周電池曲線66顯示壽命為200周的電池的DOD為Dl2，且D12Q<D1100。
9端電壓為3伏特時，300周電池曲線68顯示時效已達300周的電池的DOD 為Dl鄉，且Dl則〈Dl2CK)。因此，從圖3可以觀察到隨著電池的壽命增加， 電池的放電深度(DOD)受到影響從而導致可用容量的較少可用百分比。
0022圖4是第二放電速率的電池端電壓作為電池放電深度的函數 的圖形表示，這種關係隨電池的壽命變化，其中第二放電速率大於圖3 所示的第一放電速度。在圖4中，圖形表示70顯示關於第一軸72上的 端電壓(單位為伏特V)和關於第二軸74上的電池的化學放電深度(DOD， 單位為％)的數據。所表示的數據排列在多條曲線80上。多條曲線80 包括表示來自新電池(即，還沒有經受充電/放電循環)的數據的新電池 曲線82、表示來自己經經受100個充電/放電循環的電池的數據的100周 電池曲線84、表示來自已經經受200個充電/放電循環的電池的數據的200 周電池曲線86和表示來自已經經受300個充電/放電循環的電池的數據的 300周電池曲線88。在顯示的端電壓值為3伏特時，可以觀察到新電池 曲線82顯示新電池具有的DOD為D2NEW。端電壓為3伏特時，100周電 池曲線84顯示壽命為100周的電池的DOD為D2咖，且D2IQ<D2NEW。 端電壓為3伏特時，200周電池曲線86顯示壽命為200周的電池的DOD 為D2，，且D22Q<D21(X)。端電壓為3伏特時，300周電池曲線88顯示壽 命為300周的電池的DOD為D2，，且D23oo〈D22(K)。因此，從圖4可以 觀察到隨著電池的壽命增加，電池的放電深度(DOD)受到影響而產生 可用容量的較少可用百分比。
0023通過比較圖3和圖4，可以觀察到作為示例而不是作為限制， 對於所示的3伏特的端電壓，D2NEW<D1 new ， D21 。o<D 11 oo ， D22oo<D 1200 且D23Q<Dl3o。。這是因為圖3相關的放電速率小於圖4相關的放電速率。 較高的放電速率(圖4)導致電池中容量損失較大，其對每個給定的端電 壓和相似壽命由較小的DOD表示，如圖3和圖4所示的電池放電數據顯 示的。
0024圖5是電池端電壓作為電池容量的函數的圖形表示，說明有 負載時電池的內部電阻對電池容量使用的影響。在圖5中，圖形表示100 顯示在關於第一軸102上的端電壓(單位為伏特V)和關於第二軸104 上的電容容量(Q，單位為安培-小時，Ah)的數據。曲線110表示在開路電壓(OCV)條件下電池的端電壓作為電池容量的函數。曲線112表 示有負載時(即，有負載施加到電池兩端)電池的端電壓作為電池電壓 的函數。
0025在OCV條件下(曲線110)，電池終端/兩端上沒有負載。隨 著時間逝去而不影響任何電池操作時，容量損失且端電壓下降。如果允 許電池容量太低(也就是，如果允許電池完全放電)，則存在損害電池 的危險，並且電池製造商通常公布或以其它方式確立一個推薦的端接電
壓vtekm，在該端接電壓之下，電池將不會被操作。端接電壓VTERM下存 在的容量是一個通常被認可的電池的最大容量qmax值。與電池兩端施加
有負載的情況相比，電池內的內部阻抗使IR (電流-電阻)損失，使得與 OCV條件相比(曲線110)電池更快速地被放電。在電池有負載時(曲線
112)，端接電壓VTE^下存在的容量是電池經受的有負載條件下的可用 容量QUSE。可用容量QuSE與最大容量QmAX相比，是一個較小的容量。在 端接電壓VTERMT，電池可用的未使用的容量Qav化等於
QaVIL=QmAX - QuSE [1]
0026當電池狀況隨著壽命變化時(關於圖1-圖4討論的)，曲線 110和曲線112之間的差A (差A與電池內的內部阻抗損失(IR)直接成 比例)會加寬，原因是與壽命影響電池的OCV性能相比，電池的老化更
能影響電池的內部阻抗。當差A增加時，端接電壓vterm達到仍低於quse 容量的一個容量。結果是當電池老化時將損失更大的可用容量qav,l。
0027實際情況是，主機設備工作於最小電壓VMw或最小電壓之上。 也就是，存在最小電壓VM,在該電壓下設備不工作。通常最小電壓VM^
小於由電池製造商推薦的用來終止電池放電的端接電壓VTERM。
0028為了管理操作主機設備的電池的使用以識別電池老化的效應/ 影響，人們應該操作電池以使電池持續放電，只要電池的端電壓不低於
主機設備的最小電壓V,，並且只要不超過最大容量qmax。以這種方式，
人們可以使用電池安全地操作主機設備而不必冒電池過度放電的危險。
使用這種電池操作管理方法將電池中可用但未被使用的容量QM^減少 到
Qavl= Qmax-Qrev [2]
10029對圖5的檢查揭示了當管理靠電池工作的設備的工作以識別 電池中的老化效應時，較少的容量未被使用並因此被浪費，如上所述。 用於操作電池的這種改進方法的一個實際優勢是增加了運行時間，原因
是主機設備在達到端接電壓VTE^後可以繼續運行，從而使用現有管理 技術不會被使用的容量以終止電池的放電。
0030圖1-圖5所示的圖形表示是數據的表示。重要的是記住所顯 示的數據可以使用其它格式和方法提供。作為例子而不是作為限制，關 於圖1-圖5的主題的數據可被保存並用於不同的放電速率、不同的壽命 和不同的端電壓。作為進一步的例子而不是作為限制，這些數據可以以 一系列表或一系列圖表來排列；這些數據可以使用多維矩陣或其它存儲-訪問配置被存儲和訪問。
0031圖6是在給電池充電的第一電池操作期間電池端電壓作為時 間的函數的圖形表示。在圖6中，圖形表示120顯示關於第一軸122上 的端電壓(單位為伏特)和關於第二軸124上的時間的數據。所示的數 據排列在曲線130上。對電池放電的電池操作發生在時刻to和t,之間以 將電池從電壓水平V4放電到電壓水平Vo。在時刻t,電池操作終止之後， 端電壓從電壓水平Vo恢復到電壓水平V,。充電操作在時刻t2開始，將端
電壓提升到電壓水平V3，且充電在時刻t3終止。t3後一些時間電壓穩定 在較低的電壓水平V2。在時刻t,之後、時刻t2之前的一段時間電池處於 鬆懈狀態。在時刻t3之後並在開始隨後的操作之前(圖6中未示出)，
電池也處於鬆懈狀態。在完成放電操作之後達到鬆懈狀態的穩定時間A,
和完成充電操作之後達到鬆懈狀態的穩定時間A2可能是相當長，有時為
500秒的量級。穩定時間Ap A2在持續過程中不一定是相等的。
0032使用存儲的或其它可訪問的數據，人們可以根據開路測量值 測量或以其它方式確定電池容量，此時電池處於鬆懈狀態以建定第一容 量確定。這種容量確定在時刻t,+A,和在開始電池操作(諸如電池充電) 之前的時刻t2之間的間隔期間可以被實現。使用相似的數據，人們可以 根據開路測量值測量或以其它方式確定電池容量以在電池操作之後的時 刻t3+A2之後實現第二容量確定。可以根據電池操作前的第一放電深度 (DOD)和電池操作之後的第二DOD建立第一和第二容量確定。為了描
12述目的，當電池已經從任何先前的電池操作比如充電操作或放電操作穩 定下來之後，電池處於鬆懈狀態。
0033可以在第一容量確定和第二容量確定之間的間隔中根據電荷 和電流之間的關係對通過電池的電流進行積分以確定該間隔中使用的電 荷量
formula see original document page 13
這裡，Q是電荷，i是電流，t是電流的時間。
0034可以採用第一和第二 DOD值和電池電流來確定電池在電池操 作比如在圖6所示的時間間隔tH3期間的充電操作之後的化學容量。關 於圖1-圖5描述的那些數據可以被有利地用來確定第一和第二 DOD值。
0035知道最大容量qm^值使得可以獲得在放電期間任何時刻的放 電深度(DOD)值。在充電或放電操作前，首先確定DOD的初始值 (DODQ)。初始值DODo可能已經在先前的充電或放電操作期間從先前 確定中被存儲。獲得初始值DODo的另一種方法是確定開路電壓(OCVo) 並採用預先確定或預定的關係
DOD=f(OCV，T) [4]
其中，OCV是開路電壓；且
T是溫度。
0036為了獲得放電深度的初始值DODo。當充電操作或放電操作開 始時，電流被積分以提供流過的電荷量(qpass)。在充電或放電期間使 用以下關係式可以確定任何時刻的當前現存DOD:
formula see original document page 13
0037當DOD變成低於零時(或低於另一預先確定的值)或如果電 池端電壓變成低於為由電池供電的主機設備確立的最小電壓Vmw吋，則 應該終止電池的放電以避免由於對電池過度放電而損壞電池。最小電壓
vm^是由主機設備在低電壓下工作的能力確立的。
0038可替代地，可以根據以下關係式確定能從當前現存的電池狀 態(即，剩餘容量；Qrem)放電的最大電荷量-Q匪- (l-DODo) ,Q隨 [6〗0039當放電操作開始時，流過的電荷量QpAss與剩餘電荷Q貼M進 行比較。當QPASS〉Q肌M時，或者當端電壓低於為由電池供電的主機設備 所建立的最小電壓V,時，可以終止放電。
0040用來控制電池放電的這種方法允許一達到帶電設備(即，使 用電池供電的主機設備)的最小工作電壓要求或達到製造商推薦的端接 電壓(無論先達到哪個電壓)時就終止電池放電。以這種方式，由於過 度放電對電池造成的損害被避免，且不犧牲可用的電池容量。有益結果 是電池運行時間增加，對較老的電池尤為如此。
0041圖7是在電池放電的第二電池操作期間電池的端電壓作為時 間的函數的圖形表示。在圖7中，圖形表示140顯示關於第一軸142上 的端電壓(單位為伏特)和關於第二軸144上的時間的數據。所示的數 據排列在曲線150上。對電池放電的第一電池操作發生在時刻to和時刻
t,之間以將電池從電壓水平Vs放電到電壓水平V3。當第一電池操作在時 刻t,終止後，端電壓從電壓水平V3恢復到電壓水平V4。對電池放電的第
二電池操作在時刻t2開始，該操作將端電壓降低到電壓水平V,。當第二 電池操作在時刻t3終止之後，端電壓從電壓水平V,恢復到電壓水平V2。
在時刻"之後和時刻t2之前的一些時間電池處於鬆懈狀態。在時刻13之
後和開始隨後的操作之前(圖7中未顯示)的一些時間電池也處於鬆懈 狀態。完成第一電池操作之後達到鬆懈狀態的穩定時間A,和完成第二電 池操作之後達到鬆懈狀態的穩定時間A2可能相當長，有時數量級為500 秒。穩定時間Ap A2在持續過程中不一定相等。
0042使用存儲的或其它可訪問的數據，人們可以根據開路測量值 測量或以其它方式確定電池容量，此時電池處於鬆懈狀態以在時刻t,+A ,和開始電池操作(諸如第二電池操作)之前的時刻t2之間的間隔中確定 第一容量確定。使用相似的數據，人們可以根據開路測量值測量或以其 它方式確定電池容量以在第二電池操作後的時刻t3+A2之後建立第二容 量確定。可以根據電池操作前的第一放電深度(DOD)和電池操作之後 的第二DOD建立第一和第二容量確定。為了描述目的，當電池已經從任 何先前的電池操作比如充電操作或放電操作穩定下來後，電池處於鬆懈
14狀態。
0043人們可以在第一容量確定和第二容量確定之間的間隔中根據
以上關於表達式[3]描述的電荷和電流之間的關係對通過電池的電流進行
積分以確定該間隔中使用的電荷量。
0044可以採用第一和第二 DOD值和電池電流來確定在電池操作比
如在圖7所示的時間間隔t2-t3期間的放電操作之後電池的化學容量。關
於圖1-圖5描述的那些數據可以被有利地用來確定第一和第二 DOD值。0045知道最大容量QMAx值使得可以獲得在放電期間任何時刻的放 電深度(DOD)值。首先在充電或放電操作之前確定DOD的初始值 (DODQ)。初始值DODo可能已經在先前的充電或放電操作期間的先前 確定中被存儲。獲得初始值DOD。的另一種方法是確定開路電壓(OCVo) 並採用以上在表達式[4]中列出的預先確定或預定的關係以獲得放電深度 的初始值DOD。。當充電操作或放電操作開始時，電流被積分以提供流過 的電荷量(QpAss)。使用以上表達式[5]中列出的關係式，可以在充電或 放電期間的任何時刻確定當前現存的DOD。
0046當DOD變成低於零時(或低於另一預先確定的值)或如果電 池端電壓變成低於為由電池供電的主機設備建立的最小電壓Vm^吋，則 應該終止電池的放電以避免由於對電池過度放電而損壞電池。最小電壓
VMW是由主機設備在低電壓下工作的能力建立的。
0047可替代地，可以根據以上表達式[6]中列出的關係式確定從當 前現存的電池狀態(即，剩餘容量；Qrem)能放電的最大電荷量。
0048當放電操作開始時，流過的電荷量QpAss與剩餘電荷Qrem迸
行比較。當QPASS^QHEM時，或者當端電壓低於為由電池供電的主機設備 建立的最小電壓VvuN時，可以終止放電。
0049用來控制電池放電的這種方法允許一達到帶電設備(即，使 用電池供電的主機設備)的最小工作電壓要求或達到製造商推薦的端接 電壓(無論先達到哪個電壓)時就終止電池放電。以這種方式，由於過 度放電對電池造成的損害被避免，且不犧牲可用的電池容量。有益結果 是電池運行時間增加，對較老的電池尤為如此。
0050圖8是說明本發明的方法的流程圖。在圖8中， 一種用於實現終止電池放電以避免損害電池並基本最大化電池容量使用的方法200
在起點202開始。方法200通過周期地實現電池容量的確定而繼續，如 塊204表示的。周期性確定是在電池的不同壽命上實現的。
0051方法200通過存儲表示容量的周期性確定的至少一個最近容 量結果的數值而繼續，如塊206顯示的。方法200進一步通過確定從電 池引出的電池電壓而繼續，如塊208顯示的。方法200繼續下列步驟， 無特定順序(1 )將最近的容量結果和預先確定的電池容量值進行比較， 如塊210顯示的；和(2)將電池電壓和預先確定的電池電壓值進行比較， 如塊212顯示的。
0052方法200接著進行査詢最近的容量結果是否在預先確定的電 池容量值的第一預先確定範圍內或電池電壓是否在預先確定的電池電壓 值的第二預先確定範圍內的，如查詢塊214顯示的。如果最近的容量結 果不在預先確定的電池容量值的第一預先確定範圍內而電池電壓也不在 預先確定的電池電壓值的第二預先確定範圍內，則方法200通過否(NO) 響應線進行到再次確定電池電壓，如塊208顯示的。方法200然後進行 到再次執行塊208， 210， 214所示的步驟。如果最近的容量結果在預先 確定的電池容量值的第一預先確定範圍內或者如果電池電壓在預先確定 的電池電壓值的第二預先確定範圍內，則方法200通過是(YES)響應 線218進行，且方法200之後終止電池的放電，如塊220顯示的。方法 200在終點222終止。
0053圖9是說明本發明的裝置的示意圖。在圖9中，裝置300控 制電池302的操作以給負載304提供電力。處理和控制單元306控制終 止電池302的放電以避免對電池302的損害並基本最大化電池302的化 學容量的使用。處理和控制單元306與電池302耦連。處理和控制單元 306確定電池302的第一放電深度，同時在開始第一電池操作之前電池處 於鬆懈狀態。處理和控制單元306確定電池302的第二放電深度，而電 池302在完成第一電池操作之後處於鬆懈狀態。
0054第一測量單元308與電池302耦連，並與處理和控制單元306 耦連。第一測量單元308在第一電池操作期間確定來自電池302的電流。 第二測量單元310與電池302耦連，並與處理和控制單元306耦連。第二測量單元310確定電池302兩端的電池電壓或端電壓。處理和控制單
元306使用第一放電深度、第二放電深度和電流來確定完成第一電池操 作之後電池302的最大化學容量。
0055如果電池302的最大化學容量不在化學容量值的第一預先確 定範圍內且電池302的端電壓也不在電壓值的第二預先確定範圍內，則 處理和控制單元306與測量單元308， 310合作以確定完成下一個電池操 作之後電池302的最大化學容量。
0056如果電池302的最大化學容量在化學容量值的第一預先確定 範圍內或者如果電池302的端電壓在電壓值的第二預先確定範圍內，則 處理和控制單元306終止電池的放電。
0057處理和控制單元306可以包括耦連以控制開關單元314的處 理單元312。開關單元響應由處理單元312提供的信號以打開或閉合電池 302和負載304之間的連接。
0058處理和控制單元306可以通過參考將放電深度和與電池302 的操作相關的至少一個可測量參數關聯的預先建立的數據來實現確定電 池302的第一放電深度和第二放電深度中的至少一個。作為示例而不作 為限制，所查詢的數據可以存儲在與處理單元312耦連或以其它方式與 處理單元312關聯的存儲器存儲元件(圖9未示出)中。作為進一步的 示例而不作為限制，與電池302的操作相關的可測量參數可以包括電池 302的端電壓或電池電壓及壽命。作為再進一步的示例而不作為限制，預 先建立的數據可以將電池302的放電深度和電池302的各個壽命的電池 302的電池電壓關聯。作為另一個示例而不作為限制，預先確定的數據可 以體現在將電池302的放電深度和電池302的各個壽命的電池電壓關聯 的一系列數據表示中。
0059重要的是本發明的方法和裝置監控電池的現存容量並將現存
容量和主機設備的最大容量參數QMAX及最小工作電壓V畫實時進行比
較的能力。本發明的裝置和方法可以被採用，而不必考慮電池壽命對電 池的內部電阻的影響以及內部電阻的變化對電池放電速率的影響。本發 明的裝置和方法可以作為一種安全的測量法而被採用以確保一旦滿足以 下預先確定的條件中的一個條件時不再繼續電池的放電(1)達到最大
17容量Qmax或(2)達到最小電壓vm^。不存在任何實現氣體壓力計功能 的功能性，諸如指示剩餘容量或指示剩餘運行時間。因為在本發明中不 提供這種預測功能，所以不用確定當前現存容量的實際值的實際認知。 達到最大容量QMAX或達到最小電壓VM,w的時刻被觀察並用來確定何時 終止電池的放電。
0060本發明涉及領域的技術人員會認識到前述例子只是出於說明
目的而給出的，可以對其進行增加，刪除，替代和修改，並且可以實施 其它的實施例，而不偏離本發明所要求保護的範圍。
權利要求
1. 一種操作電池以終止所述電池放電來避免損害所述電池並基本最大化所述電池的化學容量使用的方法，所述方法包括以下步驟確定所述電池的第一放電深度，同時在開始第一電池操作之前所述電池處於鬆懈狀態；在所述第一電池操作期間，確定來自所述電池的電流；確定所述電池的第二放電深度，同時在完成所述第一電池操作之後所述電池處於鬆懈狀態；確定所述電池兩端的電池電壓；使用所述第一放電深度、所述第二放電深度和所述電流來確定所述第一電池操作完成之後所述電池的最大化學容量；在所述第一電池操作之後的下一個電池操作期間，在一段時間間隔中對來自所述電池的電流關於時間進行積分，以確定基本上當所述間隔結束時在間隔時間末積分的電荷值；使用所述最大化學容量、所述積分的電荷值和所述第一放電深度來確定在所述間隔時間末的現存放電深度；如果所述現存放電深度不在預定最大放電深度的第一預先確定範圍內且所述電池電壓也不在預定最小電壓的第二預先確定範圍內，則執行步驟(f)-(g)；如果所述現存放電深度在預定最大放電深度的第一預先確定範圍內或者如果所述電池電壓在預定最小電壓的第二預先確定範圍內，則終止所述下一個電池操作。
2. 根據權利要求1所述的操作電池以終止所述電池放電來避免損害 所述電池並基本最大化所述電池的化學容量使用的方法，其中所述確定 所述第一放電深度和所述第二放電深度中的至少一個是通過參考預先建 立的數據實現的，該數據將放電深度和與所述電池的操作相關的至少一 個可測量參數關聯。
3. 根據權利要求2所述的操作電池以終止所述電池放電來避免損害 所述電池並基本最大化所述電池的化學容量使用的方法，其中所述至少 一個可測量參數是所述電池電壓和所述電池的壽命。
4. 根據權利要求3所述的操作電池以終止所述電池放電來避免損害 所述電池並基本最大化所述電池的化學容量使用的方法，其中所述預先 建立的數據將所述電池的放電深度和對所述電池的各種壽命的所述電池 電壓關聯。
5. 根據權利要求4所述的操作電池以終止所述電池放電來避免損害 所述電池並基本最大化所述電池的化學容量使用的方法，其中所述預先 建立的數據體現在將所述電池的放電深度和對所述電池的各種壽命的所 述電池電壓關聯的一系列圖形表示上。
6. 根據權利要求4所述的操作電池以終止所述電池放電來避免損害 所述電池並基本最大化所述電池的化學容量使用的方法，其中所述預先 建立的數據體現在將所述電池的放電深度和對所述電池的各種壽命的所 述電池電壓關聯的一系列數據表示上。
7. —種實現終止電池放電以避免損害所述電池並基本最大化所述電 池的容量使用的方法，所述方法包括以下步驟周期性地實現所述電池的容量確定；所述周期性確定是在所述電池 的不同壽命實現的；存儲表示所述容量的所述周期性確定的至少一個最近容量結果的值；確定從所述電池引出的電池電壓；在受監控的電池操作期間，在一段時間間隔中對來自所述電池的電 流關於時間進行積分，以確定基本當所述間隔結束時在間隔時間末的積 分的電荷值；確定在所述間隔時間末時的現存放電深度；以無特定順序進行(1) 將所述現存放電深度和最大放電深度的預先確定值進行比 較；以及(2) 將所述電池電壓和電池電壓的預先確定值進行比較； 如果所述現存放電深度不在所述預先確定的最大放電深度值的第一預先確定範圍內且所述電池電壓也不在所述電池電壓的預先確定值的第 二預先確定範圍內，則執行步驟(d) - (f);如果所述現存放電深度在所述預先確定的最大放電深度值的第一預 先確定範圍內或者如果所述電池電壓在所述電池電壓的預先確定值的第 二預先確定範圍內，則終止所述受監控的電池操作。
8. —種用於控制電池操作以終止所述電池放電來避免損害所述電池 並基本最大化所述電池的化學容量使用的裝置；所述裝置包括與所述電池耦連的處理和控制單元；所述處理和控制單元確定所述 電池的第一放電深度，同時在開始第一電池操作之前所述電池處於鬆懈 狀態；所述處理和控制單元確定所述電池的第二放電深度，同時在完成 所述第一電池操作之後所述電池處於鬆懈狀態；與所述電池以及與所述處理和控制單元耦連的第一測量單元；所述 第一測量單元在所述第一電池操作期間確定來自所述電池的電流；與所述電池以及與所述處理和控制單元耦連的第二測量單元；所述 第二測量單元確定所述電池兩端的電池電壓；所述處理和控制單元使用所述第一放電深度、所述第二放電深度和 所述電流來確定在完成所述第一電池操作之後所述電池的最大化學容 量；在所述第一電池操作之後的下一個電池操作期間，所述處理和控制 單元在一段時間間隔內對來自所述電池的電流關於時間積分，以確定基 本當所述間隔結束時在間隔時間末的積分的電荷值；所述處理和控制單 元使用所述最大化學容量、所述積分的電荷值和所述第一放電深度來確 定在所述間隔時間末的現存放電深度；如果所述現存放電深度不在預定 最大放電深度的第一預先確定範圍內且所述電池電壓也不在預定最小電 壓的第二預先確定範圍內，則所述處理和控制單元與所述第一測量單元和第二測量單元合作以確定隨後時間的隨後放電深度；如果所述現存放 電深度在預定最大放電深度的第一預先確定範圍內或者所述電池電壓在 預定最小電壓的第二預先確定範圍內，則終止所述下一個電池操作。
9. 根據權利要求8所述的用於控制電池操作以終止所述電池放電來 避免損害所述電池並基本最大化所述電池的化學容量使用的裝置，其中 所述處理和控制單元通過參考將與所述電池操作相關的至少一個可測量 參數和放電深度關聯的預先建立的數據實現所述確定所述第一放電深度 和所述第二放電深度中的至少一個。
10. 根據權利要求9所述的用於控制電池操作以終止所述電池放電 來避免損害所述電池並基本最大化所述電池的化學容量使用的裝置，其 中所述至少一個可測量參數是所述電池電壓和所述電池的壽命。
11. 根據權利要求io所述的用於控制電池操作以終止所述電池放電來避免損害所述電池並基本最大化所述電池的化學容量使用的裝置，其 中所述預先建立的數據將所述電池的放電深度和所述電池的各個壽命的 所述電池電壓關聯。
12. 根據權利要求11所述的用於控制電池操作以終止所述電池放電 來避免損害所述電池並基本最大化所述電池的化學容量使用的裝置，其 中所述預先建立的數據體現在將所述電池的放電深度和所述電池的各個 壽命的所述電池電壓關聯的一系列數據表示上。
全文摘要
一種用於終止電池放電以避免電池損害並最大化電池使用的方法，包括以下步驟(a)確定電池容量(204)；(b)存儲容量確定的容量結果(206)；(c)確定電池電壓(208)；(d)在所監控的電池工作期間，在一時間間隔內對電池電流進行積分以確定在間隔時間結束時的積分的電荷值；(e)確定在該間隔時間結束時的現存放電深度；(f)如果現存放電深度不在最大放電深度的第一範圍內且電池電壓也不在最小電池電壓的第二範圍內，則執行步驟(d)-(f)；(h)如果現存放電深度在最大放電深度的第一範圍之內或者如果電池電壓在最小電池電壓的第二範圍之內(210，212，214)，則終止所監控的電池的工作(220)。
文檔編號G01N27/416GK101507081SQ200680028189
公開日2009年8月12日 申請日期2006年8月2日 優先權日2005年8月2日
發明者D·R·普爾, Y·巴爾蘇科夫, 錢金榮 申請人:德克薩斯儀器股份有限公司