專利名稱：電池剩余容量的運(yùn)算方法和組合電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種準(zhǔn)確計(jì)算電池剩余容量的運(yùn)算方法和內(nèi)置運(yùn)算電路的組合電池。
電池剩余容量的顯示方法有，用以Ah表示的電流量表示的方法和用以Wh表示的電能表示的方法。用Ah表示剩余容量方法中，如果電池的電壓下降，需要修正電壓下降并換算成消耗電力。例如，即使剩余容量是充滿容量的50％，電池的電壓一下降，以Wh表示的剩余容量不到50％。因此，即使裝在消耗固定電能的電器裝置上的電池的Ah剩余容量為50％，使用時(shí)間也不到總使用時(shí)間的一半。這是因?yàn)橛捎陔姵氐碾妷合陆?，為了供給規(guī)定電能而增加電流而致的。與此相對(duì)，用Wh表示剩余容量的方法中，當(dāng)剩余容量變?yōu)槌錆M電容量的50％后，安裝在消耗規(guī)定電能的電器裝置上時(shí)，使用時(shí)間為一半。即用Wh的電能表示剩余容量的方法具有即使電池的電壓下降也能準(zhǔn)確推測(cè)使用時(shí)間的特點(diǎn)。
用電能計(jì)算電池剩余容量時(shí)，從充滿狀態(tài)減去按電能計(jì)算的放電容量，或者從充電容量中減去電能的放電容量。電能的放電容量可按時(shí)間計(jì)算放電電流、電壓和放電效率之積進(jìn)行計(jì)算。
按時(shí)間計(jì)算放電電流、電壓和放電效率之積的放電容量與電池實(shí)際的放電容量并不等同，有一些誤差。尤其是放電電流變動(dòng)時(shí)，計(jì)算的放電容量與實(shí)際的放電容量之間易產(chǎn)生誤差。這是由于放電效率隨放電電流發(fā)生大幅度的變動(dòng)而造成的。
本發(fā)明技術(shù)方案1的電池的剩余容量運(yùn)算方法是根據(jù)電池的放電電流與電壓之積的累計(jì)值計(jì)算電池的放電容量，用電能計(jì)算剩余容量。剩余容量運(yùn)算方法是通過(guò)檢測(cè)電池的內(nèi)部電阻，在利用電池的放電電流與電壓之積的累計(jì)值計(jì)算的放電容量運(yùn)算值上加上內(nèi)部電阻消耗的電能的累計(jì)值，由此計(jì)算電池的放電容量，并由該放電容量計(jì)算剩余容量。
本發(fā)明技術(shù)方案7的組合電池具備由電池的放電電流與電壓之積的累計(jì)值計(jì)算電池放電容量，以電能計(jì)算剩余容量的運(yùn)算電路2。運(yùn)算電路2在測(cè)定電池的內(nèi)部電阻的同時(shí)，在利用電池放電電流與電壓之積的累計(jì)值計(jì)算的放電容量運(yùn)算值上加上內(nèi)部電阻消耗的電能的累計(jì)值，由此計(jì)算電池的放電容量，并由該放電容量計(jì)算剩余容量。
本發(fā)明的電池剩余容量運(yùn)算方法和組合電池能夠從電池充電電流與電壓之積的累計(jì)值計(jì)算的充電容量運(yùn)算值中減去內(nèi)部電阻消耗的電能的累計(jì)值，由此計(jì)算充電容量，并計(jì)算剩余容量。該剩余容量運(yùn)算方法和組合電池不僅對(duì)放電容量，在充電容量的運(yùn)算中也考慮到內(nèi)部電阻消耗的電能，因此可以更準(zhǔn)確地運(yùn)算電池的剩余容量。
電池的內(nèi)部電阻可通過(guò)測(cè)定電池的釋放電壓和電池充電時(shí)的充電電壓及充電電流，進(jìn)行計(jì)算。而電池的內(nèi)部電阻可以通過(guò)測(cè)定電池放電時(shí)的放電電壓及放電電流而進(jìn)行計(jì)算。
放電容量運(yùn)算值可以從電池的放電電流、電壓和放電效率的之積的累計(jì)值計(jì)算。進(jìn)而也能利用電池的充電電流、電壓和充電效率之積的累計(jì)值計(jì)算充電容量運(yùn)算值。
圖2是電池等效電路的電路圖。
圖中，1二次電池2運(yùn)算電路3保護(hù)電路4開(kāi)關(guān)元件5溫度保險(xiǎn)絲6電流檢測(cè)電阻7記憶電路8溫度傳感器另外，在本說(shuō)明書中，為了便于理解權(quán)利要求書的內(nèi)容，將在實(shí)施例中出現(xiàn)的各部件對(duì)應(yīng)符號(hào)標(biāo)記在權(quán)利要求部分和技術(shù)方案部分。但是，并不等于將權(quán)利要求書中所述的部件限定在實(shí)施例中的部件。


圖1所示的組合電池具備二次電池1、用電能計(jì)算該二次電池1的剩余容量的運(yùn)算電路2、電池保護(hù)電路3、受保護(hù)電路3控制的開(kāi)關(guān)元件4、與開(kāi)關(guān)元件4串聯(lián)的溫度保險(xiǎn)絲5和檢測(cè)電池電流的電流檢測(cè)電阻6。
二次電池1中串聯(lián)或者并聯(lián)有一個(gè)或多個(gè)二次電池1。二次電池是指能充電的所有電池，例如，鋰離子二次電池、鎳-氫電池、鎳-鎘電池等。
運(yùn)算電路2用電能(Wh)計(jì)算電池的剩余容量?？蓮碾姵爻錆M狀態(tài)減去放電容量計(jì)算出剩余容量，或者從充電容量減去放電容量進(jìn)行計(jì)算。新電池的電池充滿容量為額定容量。但是，電池的充滿容量隨著使用而減少。因此，運(yùn)算電路2統(tǒng)計(jì)電池充放電的次數(shù)來(lái)修正充滿容量。另外，從完全放電狀態(tài)累計(jì)計(jì)算充電容量來(lái)修正充滿容量，用電池電壓檢測(cè)電池完全放電狀態(tài)。另外，也可由電池電壓檢測(cè)電池充滿狀態(tài)。鋰離子二次電池中電壓一達(dá)到設(shè)定電壓就認(rèn)為已處于充滿狀態(tài)。鎳-氫電池、鎳-鎘電池是電壓達(dá)到峰值電壓、或檢測(cè)出由峰值電壓下降ΔV時(shí)，即認(rèn)為處于充滿狀態(tài)。
圖2表示電池的等效電路。如該圖所示，電池的內(nèi)部電阻是串聯(lián)連接的。在該等效電路中，將電池的輸出電壓設(shè)為VO，放電電流設(shè)為IL，內(nèi)部電阻設(shè)為RL，供給負(fù)荷的電能設(shè)為P時(shí)，供給負(fù)荷的電能P滿足下式。
P＝VO×IL由運(yùn)算電路2累計(jì)計(jì)算輸出電壓VO和電流IL之積，可計(jì)算出供給負(fù)荷的電能。但是，由電池輸出的電能不僅被負(fù)荷所消耗，也被其內(nèi)部電阻消耗。內(nèi)部電阻消耗的電能為內(nèi)部電阻電阻值乘上電流平方值。內(nèi)部電阻消耗的電能變?yōu)镽L×IL2。例如，將電池的內(nèi)部電阻RL設(shè)為70mΩ，電池的平均輸出電壓VO設(shè)為3.7V，放電電流IL設(shè)為2A時(shí)，負(fù)荷消耗的電能P為3.7×2＝7.4W。這時(shí)，內(nèi)部電阻消耗0.07×2×2＝0.28W的電能。內(nèi)部電阻消耗的電能相當(dāng)于負(fù)荷消耗電能的3.8％。因此，運(yùn)算電路2只累計(jì)計(jì)算負(fù)荷的電能消耗，則會(huì)發(fā)生3.8％的誤差。
運(yùn)算電路2為了準(zhǔn)確計(jì)算放電容量，在負(fù)荷消耗的電能上加上內(nèi)部電阻消耗的電能累計(jì)值。負(fù)荷消耗的電能可通過(guò)電池的放電電流IL和電壓VO之積的累計(jì)值進(jìn)行計(jì)算。為了更加準(zhǔn)確地計(jì)算負(fù)荷消耗的電能，運(yùn)算電路2由電池的放電電流、電壓與放電效率之積的累計(jì)值計(jì)算放電容量運(yùn)算值，在該放電容量運(yùn)算值上加上內(nèi)部電阻消耗的電能的累計(jì)值，并由此計(jì)算電池的放電容量。
當(dāng)將放電效率設(shè)為η時(shí)，運(yùn)算電路2累計(jì)計(jì)算〔VO×IL×η〕，計(jì)算負(fù)荷消耗的放電容量運(yùn)算值。進(jìn)而，運(yùn)算電路2累計(jì)計(jì)算〔RL×IL×IL〕，計(jì)算內(nèi)部電阻消耗的電能的累計(jì)值。相加內(nèi)部電阻消耗的電能的累計(jì)值與負(fù)荷消耗的電能，計(jì)算放電容量。
準(zhǔn)確計(jì)算放電容量后，從滿充容量中減去放電容量，就能計(jì)算電池的剩余容量。另外，運(yùn)算電路2也能從充電容量中減去放電容量計(jì)算剩余容量。這時(shí)，運(yùn)算電路2利用電池的充電電流與電壓之積的累計(jì)值計(jì)算充電容量。此時(shí)，由充電器供給電池的電能并不能全部被電池充電使用。充電電能的一部分因內(nèi)部電阻而消耗。因此，在計(jì)算電池的充電容量時(shí)，先計(jì)算內(nèi)部電阻消耗的電能累計(jì)值，再?gòu)睦塾?jì)計(jì)算充電電能而得的充電容量運(yùn)算值中減去該值。充電時(shí)，當(dāng)充電電流設(shè)為IC時(shí)，內(nèi)部電阻消耗的電能的累計(jì)值是累計(jì)計(jì)算〔RL×IC×IC〕而得出。當(dāng)電池供給電壓設(shè)為VO，充電效率設(shè)為η時(shí)，充電容量運(yùn)算值是通過(guò)累計(jì)計(jì)算〔VO×IC×η〕而得出。
運(yùn)算電路2為了計(jì)算內(nèi)部電阻消耗的電能的累計(jì)值，計(jì)算內(nèi)部電阻的電阻值。檢測(cè)電池未充放電時(shí)的釋放電壓(VOPEN)和電池充電時(shí)的充電電壓(VO)及充電電流(IC)，按下式計(jì)算內(nèi)部電阻(RL)。
RL＝(VOPEN-VO)/IC也可以通過(guò)檢測(cè)出電池的釋放電壓、電池放電時(shí)的放電電壓及放電電流，計(jì)算電池的內(nèi)部電阻。這時(shí)，檢測(cè)電池未放電時(shí)的電壓-釋放電壓(VOPEN)和電池放電時(shí)的放電電壓(VO)及放電電流(IL)，按下式計(jì)算電池的內(nèi)部電阻(RL)。
RL＝(VOPEN-VO)/IL考慮到溫度和時(shí)間會(huì)引起電池的劣化，運(yùn)算電路2也能修正已計(jì)算的內(nèi)部電阻。一般狀態(tài)下，二次電池1的電池性能隨使用逐漸劣化。特別是在惡劣的使用環(huán)境下，其劣化尤為嚴(yán)重。電池一劣化其內(nèi)部電阻也發(fā)生變化。因此，運(yùn)算電路2能夠以電池的使用溫度和時(shí)間等作為參數(shù)修正內(nèi)部電阻值。圖1所示組合電池具有記憶電路7，該記憶電路7將溫度和時(shí)間引起的劣化系數(shù)作為EEPROM參數(shù)值進(jìn)行記憶。運(yùn)算電路2通過(guò)檢測(cè)的溫度和時(shí)間和記憶電路記憶的劣化系數(shù)修正內(nèi)部電阻。可用溫度傳感器檢測(cè)電池溫度。
檢測(cè)與電池串聯(lián)的電流檢測(cè)電阻6的電壓，就能檢測(cè)充電電流和放電電流。放電電流(IL)和充電電流(IC)與電流檢測(cè)電阻(RS)兩端產(chǎn)生的電壓(ER)成比例，可用下式計(jì)算。
IL＝ER/RS IC＝ER/RS圖中的組合電池可保護(hù)電池不受過(guò)充電、過(guò)放電和過(guò)電流的影響，還具備防止電池溫度過(guò)高的保護(hù)電路3。保護(hù)電路3通過(guò)控制開(kāi)關(guān)元件4的通斷來(lái)保護(hù)電池。當(dāng)電池剩余容量用完而變成過(guò)放電狀態(tài)時(shí)，保護(hù)電路3就會(huì)使開(kāi)關(guān)元件4斷開(kāi)，停止放電，充滿電時(shí)開(kāi)關(guān)元件4斷開(kāi)充電即停，而且過(guò)電流時(shí)也斷開(kāi)開(kāi)關(guān)元件4，遮斷過(guò)電流，當(dāng)由溫度傳感器8檢測(cè)的電池溫度比設(shè)定溫度高時(shí)，也斷開(kāi)開(kāi)關(guān)元件4以切斷電流。
圖中的組合電池因開(kāi)關(guān)元件4與溫度保險(xiǎn)絲5串聯(lián)，當(dāng)電池溫度過(guò)高時(shí)，會(huì)熔斷溫度保險(xiǎn)絲5，切斷電流。
本發(fā)明的電池剩余容量運(yùn)算方法和組合電池的優(yōu)點(diǎn)是能更為準(zhǔn)確地計(jì)算放電容量并高精度地計(jì)算剩余容量。這是由于本發(fā)明的剩余容量運(yùn)算方法和組合電池中，可以在利用電池的放電電流和電壓之積的累計(jì)值計(jì)算的放電容量運(yùn)算值上加上電池內(nèi)部電阻消耗的電能的累計(jì)值，來(lái)計(jì)算電池的放電容量。本發(fā)明中在計(jì)算放電容量時(shí)考慮到了電池內(nèi)部電阻消耗的電能，，所以實(shí)際放電容量與計(jì)算的放電容量的誤差極小，能夠更準(zhǔn)確地計(jì)算放電容量，并以高精度計(jì)算電池剩余容量。
本發(fā)明技術(shù)方案2的剩余容量運(yùn)算方法和技術(shù)方案8的組合電池，是從電池充電電流和電壓之積的累計(jì)值計(jì)算的充電容量運(yùn)算值中減去電池內(nèi)部電阻消耗的電能的累計(jì)值來(lái)計(jì)算充電容量，所以，不僅能準(zhǔn)確地計(jì)算放電容量，也能更準(zhǔn)確地計(jì)算充電容量，可高精度地計(jì)算電池的剩余容量。
權(quán)利要求
1.一種電池剩余容量的運(yùn)算方法，是從電池的放電電流與電壓之積的累計(jì)值計(jì)算電池的放電容量并用電能計(jì)算剩余容量的方法，其特征在于檢測(cè)電池的內(nèi)部電阻，在由電池的放電電流與電壓之積的累計(jì)值計(jì)算的放電容量運(yùn)算值上加上內(nèi)部電阻消耗的電量的累計(jì)值，由此計(jì)算電池放電容量，并由該放電容量計(jì)算剩余容量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池剩余容量的運(yùn)算方法，其特征在于從由電池的充電電流和電壓之積的累計(jì)值計(jì)算的充電容量運(yùn)算值中減去內(nèi)部電阻消耗的電量的累計(jì)值來(lái)計(jì)算充電容量，并由此計(jì)算剩余容量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池剩余容量的運(yùn)算方法，其特征在于檢測(cè)電池的釋放電壓、和電池充電時(shí)的充電電壓及充電電流來(lái)計(jì)算內(nèi)部電阻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池剩余容量的運(yùn)算方法，其特征在于檢測(cè)電池的釋放電壓和電池放電時(shí)的放電電壓及放電電流來(lái)計(jì)算內(nèi)部電阻。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池剩余容量的運(yùn)算方法，其特征在于由電池的放電電流、電壓與放電效率之積的累計(jì)值計(jì)算放電容量運(yùn)算值。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電池剩余容量的運(yùn)算方法，其特征在于通過(guò)電池的充電電流、電壓與充電效率之積的累計(jì)值計(jì)算充電容量運(yùn)算值。
7.一種組合電池，其中具有從電池的放電電流與電壓之積的累計(jì)值計(jì)算電池的放電容量并用電量計(jì)算剩余容量的運(yùn)算電路(2)，其特征在于運(yùn)算電路(2)在檢測(cè)電池內(nèi)部電阻的同時(shí)，將內(nèi)部電阻消耗的電量的累計(jì)值加在從電池放電電流和電壓之積的累計(jì)值計(jì)算的放電容量運(yùn)算值上，由此計(jì)算電池的放電容量，并由該放電容量計(jì)算剩余容量。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的組合電池，其特征在于運(yùn)算電路(2)從由電池的充電電流和電壓之積的累計(jì)值計(jì)算的充電容量運(yùn)算值中減去內(nèi)部電阻消耗的電能的累計(jì)值來(lái)計(jì)算充電容量，并由此計(jì)算剩余容量。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的組合電池，其特征在于運(yùn)算電路(2)檢測(cè)電池釋放電壓、電池充電時(shí)的充電電壓及充電電流，計(jì)算內(nèi)部電阻。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的組合電池，其特征在于運(yùn)算電路(2)檢測(cè)電池釋放電壓、電池放電時(shí)的放電電壓及放電電流，計(jì)算內(nèi)部電阻。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的組合電池，其特征在于運(yùn)算電路(2)由電池的放電電流、電壓和放電效率之積的累計(jì)值計(jì)算放電容量運(yùn)算值。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的組合電池，其特征在于運(yùn)算電路(2)由電池的充電電流、電壓和充電效率之積的累計(jì)值計(jì)算充電容量運(yùn)算值。
全文摘要
一種可準(zhǔn)確計(jì)算放電容量并由此高精度地計(jì)算剩余容量的電池剩余容量的運(yùn)算方法，是利用電池的放電電流和電壓之積的累計(jì)值計(jì)算電池的放電容量并用電能計(jì)算剩余容量。剩余容量運(yùn)算方法是先檢測(cè)電池的內(nèi)部電阻，再在利用電池的放電電流和電壓之積的累計(jì)值計(jì)算的放電容量運(yùn)算值上加上內(nèi)部電阻消耗的電能的累計(jì)值，來(lái)計(jì)算電池的放電容量，再由該放電容量計(jì)算剩余容量。組合電池具備利用電池的放電電流和電壓之積的累計(jì)值計(jì)算電池的放電容量并用電能計(jì)算剩余容量的運(yùn)算電路2。運(yùn)算電路2在檢測(cè)電池的內(nèi)部電阻的同時(shí)，在利用電池的放電電流和電壓之積的累計(jì)值計(jì)算的放電容量運(yùn)算值上加上內(nèi)部電阻消耗的電能的累計(jì)值，來(lái)計(jì)算電池的放電容量，再由該放電容量計(jì)算剩余容量。
文檔編號(hào)H01M10/48GK1428888SQ02156979
公開(kāi)日2003年7月9日 申請(qǐng)日期2002年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月26日
發(fā)明者岡田哲也 申請(qǐng)人:三洋電機(jī)株式會(huì)社