專利名稱：蓄電池充電指示方法、蓄電池充電監(jiān)測裝置、可充電蓄電池及制品的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及蓄電池(battery )充電指示方法、蓄電池充電監(jiān)測裝置、可充電蓄電池及制品(article of manufacture)0
背景技術：
電子裝置的精密化和使用已經(jīng)顯著地增加。具有電子組件的消費者產(chǎn)品(item)在通信、計算、娛樂、運輸?shù)阮I域中無處不在。許多人依賴或已經(jīng)習慣于將電子裝置用于商務、教育或者其它需求。電子裝置越來越輕便以調(diào)節(jié)從家或者工作地點去旅行期間的這些需求。這些裝置的電源的精密度和性能也已經(jīng)提高來滿足電子消費者裝置的需要。例如，成本、尺寸和容量是一些產(chǎn)品特性，對于便攜式電源而言這些產(chǎn)品特性已經(jīng)得到提高。此外，便攜式電源正用于附加應用設施中。例如，將包括電能的可替換能源用于諸如運輸應用設施等拓寬的大量應用設施之中，已引起日益廣泛的關注。示例性便攜式電源(例如蓄電池)存儲電能。在電子裝置的工作期間了解蓄電池的荷電狀態(tài)(state of charge)是有益的。然而,關于某些蓄電池的電池(battery cell)的化學性質(zhì)，在確定其荷電狀態(tài)信息時會出現(xiàn)問題。在一個實例中，對具有近似平坦放電分布的蓄電池組電池進行監(jiān)測是很困難的。本發(fā)明的至少某些方案提供監(jiān)測蓄電池充電的方法和設備。


下面參照附圖描述本發(fā)明的示例性實施例。圖I是根據(jù)一個實施例的電系統(tǒng)的功能框圖。圖2是根據(jù)一個實施例的蓄電池的功能框圖。圖3是根據(jù)一個實施例的監(jiān)測裝置的功能框圖。
具體實施例方式本發(fā)明的公開內(nèi)容的提交強化了美國專利法的法定目標“促進科學的進步和實用性，，(第8 部分第 I 條)(“to promote the progress of science anduseful arts”(ArticleI,section 8)X根據(jù)一個實施例,蓄電池充電指方法包括使用第一方法第一次確定蓄電池在第一瞬間(a first moment in time)的荷電狀態(tài)；使用不同于第一方法的第二方法第二次確定蓄電池在第二瞬間的荷電狀態(tài)；以及使用第一次和第二次確定的信息提供關于蓄電池在第一和第二瞬間的荷電狀態(tài)的信息。根據(jù)另一個實施例，蓄電池充電指示方法包括監(jiān)測第一放電周期中蓄電池放電期間的蓄電池；使用所述監(jiān)測，產(chǎn)生關于第一放電周期中蓄電池放電的信息；在第一放電周期中蓄電池放電之后對蓄電池進行再充電；提供關于在再充電之后第二放電周期中蓄電池放電期間蓄電池的荷電狀態(tài)的信息；并且其中，提供關于荷電狀態(tài)的信息包括使用關于第一放電周期中蓄電池放電的信息進行提供。根據(jù)再一個實施例，蓄電池充電監(jiān)測裝置包括接口，配置為與蓄電池連接；以及處理電路，與所述接口連接并且配置為提供關于蓄電池在多個不同瞬間的荷電狀態(tài)的信息，其中所述處理電路配置為使用第一方法來確定關于第一瞬間的荷電狀態(tài)的信息，以及使用不同于第一方法的第二方法來提供關于第二瞬間的荷電狀態(tài)的信息。根據(jù)再一個實施例，可充電蓄電池包括至少一個可充電電池，配置為存儲電能，以及在放電工作模式期間放電并且在充電工作模式期間充電；以及監(jiān)測裝置，與所述至少一個可充電電池連接，并且配置為執(zhí)行第一方法來提供關于可充電電池在第一瞬間的荷電狀態(tài)的信息，以及執(zhí)行第二方法來提供關于可充電電池在第二瞬間的荷電狀態(tài)的信息，其中第一方法和第二方法是不同的。根據(jù)再一個實施例，制品包括介質(zhì)，包括配置為致使處理電路進行以下處理的程序(programming),所述處理包括第一次監(jiān)測蓄電池在第一瞬間的第一電性參數(shù)；使用第一次監(jiān)測，第一次提供關于蓄電池在第一瞬間的荷電狀態(tài)的信息；第二次監(jiān)測蓄電池在第二瞬間的第二電性參數(shù)，其中第一和第二電性參數(shù)是不同的；以及使用第二次監(jiān)測，第二次提供關于蓄電池在第二瞬間的荷電狀態(tài)的信息。參照圖1，根據(jù)一個實施例描述電系統(tǒng)10。電系統(tǒng)10包括負載12,配置為消耗電能；以及蓄電池組件13，配置為存儲電能供負載12消耗。在一個實施例中，蓄電池組件13包括蓄電池14和監(jiān)測裝置16。在一個實施例中蓄電池14可再充電，并且充電電路20可設置為在必要時或適合的時候?qū)π铍姵?4進行充電。在一種配置中，蓄電池組件13可包括配置為容納蓄電池14的殼體(未示出)和監(jiān)測裝置16。充電電路20和/或監(jiān)測電路16可以包含在殼體中，也可以不包含在殼體中。此外，在其它實施例中，蓄電池14和/或監(jiān)測裝置16可以在負載12外部。監(jiān)測電路16配置為進行監(jiān)測操作，諸如監(jiān)測蓄電池14的荷電狀態(tài)和/或監(jiān)測使用蓄電池14的環(huán)境(例如溫度)。在一個實施例中，監(jiān)測裝置16可以通過接口 18 (例如電耦合或總線)監(jiān)測蓄電池14。圖2示出根據(jù)一個實施例的蓄電池14的示例性結(jié)構(gòu)。蓄電池14包括負極端子和正極端子22、24以及一個或多個電池26，在所示結(jié)構(gòu)中，電池26在端子22、24之間串聯(lián)連接。在其它可能的配置中，電池26也可以并聯(lián)連接或者串聯(lián)/并聯(lián)混合連接。在一個實施例中，電池26可以獨立地實施為可充電電池，其具有近似平坦的放電分布并且可以在不同的放電周期之間再充電。在另一種可能的實施方式中，電池26可以實施為3. 2伏特的鋰離子電池，其在具有產(chǎn)品號18695 - 00001的蓄電池中具有Saphion (R)技術，該蓄電池可以從 Valence Technology 公司購得。例如，電池26可以單獨包括在一個實施例中表示為通式AaMPO4的電極活性材料，其中 A 是 Li，并且 0〈a ( I ;以及 M=MIn_pMII。，其中 o=p，0〈o ( O. 5，MI 是鐵(Fe)，并且 MII是選自由Be2+、Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+及其混合物構(gòu)成的組。在更具體的實施例中，電極活性材料可以由通式AaMm(PO4)3表示，其中A是Li，并且 0〈a 彡 5;以及 M 選自由 Ti3+、V3+、Cr3+、Mn3+、Fe3+、Co3+、Ni3+、Mo3+、Nb3+ 及其混合物構(gòu)成的組，并且l〈m ( 3 ;并且其中A、M、a和m選擇為保持電極活性材料的電性中性 (electroneutrality)ο關于示例性電池26的其它細節(jié)在以下專利文獻中公開美國專利 6，136，472，Barker 等人；美國專利 4，477，541，F(xiàn)raioli ；國際公開 No. TO01/54212 ；國際公開No. W098/12761 ;國際公開No. W000/01024 ;國際公開No. W000/31812 ；國際公開 No. W000/57505 ;國際公開 No. W002/44084 ;國際公開 No. W003/085757 ;國際公開No. W003/085771 ;國際公開 No. W003/088383 ;美國專利 No. 6，528，033，Barker 等人；美國專利 No. 6, 387, 568, Barker 等人；美國公開 No. 2003/0027049,列出 Jeremy Barker 等人作為發(fā)明人；美國公開No. 2002/0192553,列出Jeremy Barker等人作為發(fā)明人；美國公開 No. 2003/0170542，列出 Jeremy Barker 等人作為發(fā)明人；美國公開 No. 2003/0129492,列出Jeremy Barker作為發(fā)明人；美國專利5，700，298，Shi等人；美國專利5，830，602，Barker等人；美國專利No. 5, 418, 091, Gozdz等人；美國專利5, 508, 130, Golovin ;美國專利 5，541，020，Golovin 等人；美國專利 5，620，810，Golovin 等人；美國專利 5，643，695，Barker等人；美國專利5，712，059, Barker等人；美國專利5，851, 504, Barker等人；美國專利 6，020，087，Gao ;美國專利 6，103，419，Saidi 等人；美國專利 4，668，595，Yoshino等人；美國專利4，792，504，Schwab等人；美國專利4，830, 939，Lee等人；美國專利4，935，317，F(xiàn)auteaux 等人；美國專利 4，990，413，Lee 等人；美國專利 5，037，712，Shackle等人；美國專利 5，262，253，Golovin ;美國專利 5，300，373，Shackle ;美國專利 5，399，447，Chaloner-Gill ;美國專利 5，411，820，Chaloner-Gill ;美國專利 5，435，054，Tonder 等人；美國專利 5，463，179，Chaloner-Gill 等人；美國專利 5，482，795，Chaloner-Gill ;美國專利 5，660，948，Barker ;美國專利 No. 5，869，208，Miyasaka ;美國專利 No. 5，882，821，Miyasaka ;美國專利 No. 5，616，436，Sonobe 等人；以及美國專利 6，306，215，Larkin，所有這些教導通過參考援引于此。電池26的其它結(jié)構(gòu)是可行的。參照圖3，示出根據(jù)一個實施例的監(jiān)測裝置16的示例性配置。在一個實施例中，監(jiān)測裝置16可包括監(jiān)測電路，其配置為相對于例如蓄電池14和/或蓄電池組件13處于使用的環(huán)境進行監(jiān)測操作。在所述配置中，監(jiān)測裝置16包括接口 18、處理電路30、存儲電路32、電壓傳感器34、電流傳感器36以及溫度傳感器38。監(jiān)測電路16的其它實施例可能包括更多、更少和/或可替換元件。例如，用戶接口諸如視覺顯示可以包含在一些實施例中，用以將關于電系統(tǒng)10的信息傳遞給用戶。在一個實例中，處理電路30可以控制用戶接口以傳遞關于蓄電池14在不同瞬間和不同荷電狀態(tài)的荷電狀態(tài)信息。在一個實施例中，處理電路30配置為處理數(shù)據(jù)、控制數(shù)據(jù)訪問和存儲、發(fā)出命令以及控制其它所需操作。在至少一個實施例中，處理電路30可以包括電路，所述電路配置為執(zhí)行由適當介質(zhì)提供的所需程序。例如，處理電路30可以實施為一個或更多個處理器和/或其它結(jié)構(gòu)，其配置為執(zhí)行可執(zhí)行的指令，包括例如軟件和/或固件指令；和/或硬件電路。處理電路30的示例性實施例包括硬件邏輯、PGA、FPGA, ASIC、狀態(tài)機和/或獨立的其它結(jié)構(gòu)或與處理器結(jié)合的其它結(jié)構(gòu)。處理電路30的這些實例是說明性的，其它結(jié)構(gòu)也是可行的。
存儲電路32配置為存儲程序，例如可執(zhí)行代碼或指令(例如軟件和/或固件)、電子數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫或其它數(shù)字信息，并且可包括處理器可用介質(zhì)33。在一個示例性實施例中，處理器可用介質(zhì)33可實施為任何計算機程序產(chǎn)品或制品，其可以包含、存儲或保存程序、數(shù)據(jù)和/或數(shù)字信息，用于由包括處理電路的指令執(zhí)行系統(tǒng)使用或與其連接。例如，示例性處理器可用介質(zhì)33可以包括任一種物理介質(zhì)，例如電子、磁、光、電磁、紅外或半導體介質(zhì)。處理器可用介質(zhì)的一些更具體實例包括、但不限于便攜式計算機磁盤，例如軟盤、壓縮盤、硬盤驅(qū)動器、隨機存取存儲器、只讀存儲器、閃存、高速緩沖存儲器和/或能夠存儲程序、數(shù)據(jù)或其它數(shù)字信息的其它配置。這里描述的至少一些實施例或方案可以使用存儲在上述適當存儲電路32中和/或經(jīng)由網(wǎng)絡或其它傳輸介質(zhì)傳送，并且配置為控制適當處理電路30的程序?qū)嵤?。例如，程序可以?jīng)由適當?shù)慕橘|(zhì)提供，包括例如包含在制品中、包含在經(jīng)由適當傳輸介質(zhì)例如經(jīng)由通信接口被傳送的數(shù)據(jù)信號(例如調(diào)制載波、數(shù)據(jù)包、數(shù)字表示等等)中，所述傳輸介質(zhì)例如通信網(wǎng)絡(例如互聯(lián)網(wǎng)和/或?qū)Ｓ镁W(wǎng)絡)、有線電連接、光連接和/或電磁能量；或者使用其它適當?shù)耐ㄐ叛b置或介質(zhì)提供。在另一個實例中，包括處理器可用代碼的示例性程序可以傳送為包含在載波中的數(shù)據(jù)信號。在所述實施方式中，電壓傳感器34配置為監(jiān)測蓄電池14的一個或更多電壓。例如，在一個實施例中，電壓傳感器34可配置為監(jiān)測單個電池26的電壓以及蓄電池14的總電壓。在采用多個電池26的一些實施例中，如果在剩余電池與模擬至數(shù)字(A/D)采樣電路(未示出)之間采用電平移動電路，則可能需要測量電池I (即與地連接的電池)的電壓，以獲得蓄電池14的單個電池的最準確的電壓測量值。下面將電池I的電壓稱為VMlll，而除了電池I之外蓄電池14的剩余電池26可稱為上部電池(upper cell)。在一個實施例中，電流傳感器36配置為測量在蓄電池14充電和/或放電期間流入和/或流出蓄電池14的電流。在一個實施例中，電流傳感器26可以配置為監(jiān)測蓄電池14的負極端子22的電流。如上所述，監(jiān)測裝置16可以額外地監(jiān)測關于蓄電池14處于不同瞬間的環(huán)境狀況。在所述實施例中，溫度傳感器38配置為提供關于蓄電池組件13周圍環(huán)境的周圍溫度的信息。在其它實施例中，可以監(jiān)測其它環(huán)境狀況。在一個配置中，監(jiān)測裝置16可以額外地配置為監(jiān)測蓄電池14的荷電狀態(tài)，并且可以稱為荷電狀態(tài)監(jiān)測電路。在示例性實施例中，監(jiān)測裝置16可以通過例如位于負載12和/或蓄電池組件13處的用戶接口傳遞蓄電池14在充電和/或放電的不同瞬間的荷電狀態(tài)信息。如下面進一步詳細描述的，根據(jù)一個實施例，處理電路30可配置為使用一個或更多傳感器34、36、38的信息和/或電池26的放電電壓分布在不同瞬間執(zhí)行這里描述的多種方法，以提供荷電狀態(tài)息。處理電路30可在適當瞬間利用稱為模型I的第一方法，以提供蓄電池14的荷電
狀態(tài)信息。在一個實施例中，模型I使用庫侖(Coulomb)計數(shù),其可以使用電池26的溫度
分布信息進行修改。更具體地，模型I的荷電狀態(tài)(SOC)在一種配置中確定為
獲得的容量-算出的容量口1[_]換肋soc=^^萬程式1方程式I中的算出的容量(counted capacity)可以通過對由電流傳感器36提供
8的蓄電池電流相對時間進行積分來積累。模型ISOC可以通過比較算出的容量與獲得的容量(learned capacity)的值(其可以通過環(huán)境溫度來修改,如下文進一步討論的)來計算。所獲得的容量的使用對電池26的老化引起的容量降低作出調(diào)節(jié)(accommodates for)。在電池26的初始制造時，獲得的容量可以設定為缺省值，諸如對應于完全充電電池的標定容量。然后，在不同瞬間且對應于蓄電池14的使用可以計算出獲得的容量。在一個實施例中，在蓄電池14的荷電狀態(tài)降低到20%以下的瞬間，可以進行所獲得的容量的再次計算。在一個實施例中，再次計算的值可以用于方程式I中，直到蓄電池14完全充電之前以及荷電狀態(tài)再次降低到20%以下時為止荷電狀態(tài)。在再次計算期間，基于算出的容量，相對于當前溫度和所報告的荷電狀態(tài)來調(diào)整獲得的容量，其中所報告的荷電狀態(tài)可以等于由處理電路30確定的最后荷電狀態(tài)。在一個實施例中，獲得的容量可以由以下方程式確定獲得的容量=^ 弋上方程式2
100%-所報告的SOC其中T可以用于通過環(huán)境溫度來調(diào)整算出的容量。例如，如果電池26處于-20° C，并且已知(例如根據(jù)電池的經(jīng)驗溫度分布)在所述溫度下，相對于典型放電率而言，電池26僅傳遞其容量的50%，那么算出的容量可以除以容量的百分比(例如50%)。方程式2的使用提供在給定瞬間使用的容量數(shù)值與認為剩余的容量數(shù)值的比率。此外，獲得的容量可以在蓄電池14的一個放電周期期間確定，并且確定的獲得的容量可以用于方程式I中以確定在蓄電池14的下一個不同放電周期期間蓄電池14的荷電狀態(tài)。再次參照方程式1，獲得的容量的值可以根據(jù)利用的電池26的溫度分布類型和化學性質(zhì)進一步調(diào)整。例如，如果電池26處于-20° C并且已知在給定溫度下相對于典型放電率，電池26僅傳遞其容量的50%，那么獲得的容量的值可能乘以50%。在使用具有Saphion(R)技術的電池26的示例性配置中，電池26在低溫下不能傳遞其全部電荷。在這種情況下，當蓄電池14暴露于增加的溫度時，模型ISOC增加。在蓄電池14的存儲或不使用周期期間，可以估計自放電(self-discharge)。例如，如果在不使用周期期間監(jiān)測裝置16繼續(xù)引出電流，則不使用的時間長度可以被監(jiān)測并且可以與表示監(jiān)測裝置16負載的確定值相結(jié)合而用于評估自放電。對于給定的不使用周期所確定的自放電可以用于調(diào)整方程式I的算出的容量值。在一個實施例中，當完全充電完成時(例如，通過監(jiān)測電池26的充電電流和電壓來檢測)，算出的容量可以復位為零。如上所述，處理電路30可以在不同瞬間利用多種方法來監(jiān)測蓄電池14的荷電狀態(tài)。根據(jù)至少一種額外的方法，處理電路30可使用一個或多個放電電壓分布來監(jiān)測荷電狀態(tài)。所述分布可以使用蓄電池14中采用的特定電池26依靠經(jīng)驗來確定。所述分布可以包括在對應于電池26的電壓的多個電壓區(qū)(例如八個)上的SOC斜率和偏移值。對于多個放電電流率(例如五個)，可以在多個溫度下(例如在-20至70度范圍內(nèi)的六個不同溫度)存儲SOC斜率和偏移值。準確度提高或降低的分布可以用于其它實施例。根據(jù)目前描述的方法，電池26的初始荷電狀態(tài)可以使用與觀察到的放電電流相鄰的兩個放電電壓分布來計算。初始荷電狀態(tài)可以使用與觀察到的使用環(huán)境溫度相鄰的兩個溫度曲線的加權平均值(例如，線性插入法)來計算。然后，模型2S0C可以通過將使用加權平均值(例如，線性插入法)的放電電壓分布與觀察到的放電電流相結(jié)合來確定。
在一個實例中，如果5安培-小時的蓄電池正在以3. 2安培的電流放電，并且溫度為33° C，以及在O. 625、1、2. 5、5和10安培具有5個存儲的放電電壓分布，每個放電電壓分布包含對于-20、-10、0、10、22和45° C的六個溫度范圍的分布，那么最初計算出四個結(jié)果,包括2. 5安培和22° C時的S0C、2. 5安培和45° C時的S0C、5安培和22° C時的SOC 以及5安培和45° C時的S0C。對于觀察到的33° C溫度，2. 5安培時的兩個SOC計算可以使用22° C與45° C之間的權重進行平均。對于5安培時的計算可以重復所述過程。在所述實例中，對于觀察到的3. 2安培電流，2. 5安培和5安培時的兩個SOC結(jié)果可以使用
2.5安培與5安培之間的權重進行平均，以提供模型2S0C。對于上述電池26的給定放電電流和溫度，在電池26的周期壽命中，電壓與荷電狀態(tài)(state of charge)之間的關系穩(wěn)定。在一個實施例中，模型2使用的電壓等于具有最低電壓的電池的電壓。因此，在采用上述模型I和2的示例性實施例中，處理電路30可以配置為監(jiān)測蓄電池14的不同電性參數(shù)，以提供荷電狀態(tài)信息。例如，如上所述，在所述實例中，處理電路14可以配置為在模型I期間監(jiān)測蓄電池14的放電電流(例如，相對于Coulomb計數(shù))并且在模型2期間監(jiān)測蓄電池的至少一個電池26的電壓。上述示例性模型I和2可以通過處理電路30用于多種方法中，以確定蓄電池14在不同瞬間的荷電狀態(tài)。此外，在示例性實施例中，模型I和2可以單獨使用或者彼此結(jié)合使用，以確定蓄電池14在不同瞬間的荷電狀態(tài)。在下面描述的示例性實施例中，使用四種方法(稱為SOC模式1-4)來確定蓄電池14在由下面的模式討論中闡述的相應規(guī)則確定的瞬間的荷電狀態(tài)。在下面的一個或多個模式中，在所報告的荷電狀態(tài)(即，例如由處理電路30提供給用戶接口的表示蓄電池14的荷電狀態(tài)的荷電狀態(tài)指示)的改變速度不允許比蓄電池14能夠達到的最快放電速度快兩倍的情況下，可以提供回轉(zhuǎn)(slew)速度控制。在其它實施例中可以使用其它方法。對于第一模式，報告的荷電狀態(tài)(S0C模式I)等于模式I提供的荷電狀態(tài)。對于第二模式，報告的荷電狀態(tài)(S0C模式2)是基于兩個模型I和2的權重來計算的，并且最低程度地依賴于模型I，直到放電結(jié)束(例如，在放電的最后四分之一，這種方法更多地依賴于模型2，而較少依賴于模型I)。用于確定第二模式中荷電狀態(tài)的一個實例方程式為報告的SOC = 2XSOCX 模型 I SOC+(100%_2XSOC) X 模型 2S0C 方程式 3其中方程式3中使用的SOC是最后報告的荷電狀態(tài)。在一個實施例中，最后報告的荷電狀態(tài)值可以存儲在存儲電路32中。在一個實施例中，所述值可以在關閉時存儲，而在啟動時重新調(diào)用，并且所報告的荷電狀態(tài)可以被初始化為存儲的值。如果蓄電池14設置為存儲狀態(tài)，模型I直接反映初始值，并且所報告的荷電狀態(tài)可以在啟動后的幾次重復中進行校正。在一個實施例中，模式2的荷電狀態(tài)可以在所需的時段例如30秒內(nèi)進行平均。對于第三模式，基于模型I的權重，所報告的荷電狀態(tài)(S0C模式3)可以通過以下示例性方程式來計算所報告的SOC = 2 X模型I X (100%-S0C) 方程式4其中方程式4中使用的SOC是最終報告的荷電狀態(tài)。方程式4是通過以兩倍的模型I取代方程式3中的模型2來導出的。
對于第四模式，所報告的荷電狀態(tài)(S0C模式4)等于模型2提供的荷電狀態(tài)。在一個實施例中，所報告的荷電狀態(tài)可以對應于在所需時段例如30秒內(nèi)對模型2求平均而提供的值。在一個實施例中，模式控制規(guī)則可以被定義為控制由處理電路30使用的方法來監(jiān)測和/或提供關于蓄電池4的荷電狀態(tài)的信息。在一個實施例中，處理電路30可以被編程來執(zhí)行所述規(guī)則。所述規(guī)則對于所述實施例而言是示例性的，并且在其它實施例中可以提供更多、更少和/或替換規(guī)則。當蓄電池14被完全充電時，處理電路30可以在SOC模式I下工作。在SOC模式I的工作期間，如果荷電狀態(tài)降低到閾值(例如50%或更低)以下，則處理電路30切換到SOC模式2。在一種實施方式中，當從SOC模式I進入SOC模式2時，模型2中使用的電壓為以上討論的電池I的Vm111。在電系統(tǒng)10啟動時記錄單個電池26的電壓。在SOC模式2中，如果上部電池的任一電壓值增加到超過40mV，那么SOC模式2使用模型2中具有最低電壓的電池的電壓。這一規(guī)則對SOC模式2中失去平衡的情形進行調(diào)節(jié)。在SOC模式2中，如果模型2的荷電狀態(tài)大于模型I的荷電狀態(tài)的兩倍，那么處理電路30切換到SOC模式3。這個規(guī)則對以下情況的出現(xiàn)進行調(diào)節(jié)在部分充電之后，在蓄電池14被加載之前模型2的荷電狀態(tài)不準確，并且還提出過度保守的(overlyconservative)獲得的容量。在SOC模式3中，如果模型2小于或等于模型I的兩倍，那么處理電路30切換到SOC模式2。在SOC模式1-3的任一種中，如果任一電池26的荷電狀態(tài)在未平均的情況下被檢測為處于或低于10%，那么算法切換到SOC模式4。在SOC模式1-3的任一種中，如果模型I的荷電狀態(tài)大于模型2的荷電狀態(tài)，并且其差值大于報告的荷電狀態(tài)的50%，則處理電路30可以切換到SOC模式4。這個規(guī)則對過于樂觀的(overly optimistic)獲得的容量進行調(diào)節(jié)。在以下例外的情況下，處理電路30在蓄電池14的不使用周期內(nèi)保持在所選擇的SOC模式下。在SOC模式2中，如果蓄電池14接收充電以提供高于50%的模型I的荷電狀態(tài)，則處理電路30切換到SOC模式I。在SOC模式4中，如果蓄電池14接收少于完全充電的任何充電或者蓄電池14沒有充電或者放電一段時間(例如10秒)，那么處理電路30切換到SOC模式2。在SOC模式2期間，處理電路30可以使用模型2中具有最低電壓的電池26的電壓。處理電路30在蓄電池14完全充電并且用于平衡電池26的平衡過程完成之后轉(zhuǎn)移到SOC模式I。在一種結(jié)構(gòu)中，如果荷電狀態(tài)達到0%，則荷電狀態(tài)可以被鎖定，并且被存儲電路32存儲。在一個實施例中，在檢測到充電電流之前，蓄電池14的荷電狀態(tài)被報告為0%。在一個實施例中，模型I的荷電狀態(tài)不會低于10%，除非處理電路30正在SOC模式2下工作，以防止過度保守的獲得的容量被校正。在典型操作期間，報告的荷電狀態(tài)是由SOC模式I提供，而經(jīng)平衡的蓄電池14處于正常操作下。在SOC模式I之后，當荷電狀態(tài)為小于等于(<=)50%時處理電路30可以轉(zhuǎn)移到SOC模式2，而當任一電池26的荷電狀態(tài)被檢測為處于或低于10%時，處理電路30可以轉(zhuǎn)移到SOC模式4。蓄電池的放電可能涉及不同應用中的不同形式。在示例性運輸應用中，不同的形式可以對應于使用規(guī)則、地形、類型、充電機會和溫度。在一個實施例中，監(jiān)測和提供關于荷電狀態(tài)的信息可以利用在用戶的先前放電形式或周期中觀察到的關于容量的信息。因此，如果用戶以與前次使用的從完全充電到放電電壓分布的拐點(例如分布中以相對平坦的分布開始以更顯著的速率改變的點)類似的方式操作負載12和充電器20，則上面討論的模型ISOC可以具有提高的準確度。如上所述，本發(fā)明的某些方案提供蓄電池的荷電狀態(tài)信息。上述方案中的至少一個方案可以用于具有近似平坦的放電電壓分布的蓄電池，且在純Coulomb計數(shù)策略或者使用學習函數(shù)的策略上具有提高的準確度，其在完全放電之后進行完全充電后在蓄電池的壽命內(nèi)周期性出現(xiàn)。例如，純Coulomb計數(shù)可以進行周期性調(diào)整(例如，完全充電或完全放電)來校正錯誤。此外，在學習周期或在學習周期期間之前，典型地使用學習函數(shù)的策略不能提供準確的荷電狀態(tài)信息(例如，荷電狀態(tài)指示可能過于保守，而當表示需要充電時在蓄電池中留有未用的能量，也可能過于樂觀而沒有警告消費者蓄電池用完，和/或可能隨溫度波動)。此外，對于在放電的最末期之前阻抗基本恒定的蓄電池(例如鋰-磷酸鹽蓄電池)，阻抗監(jiān)測方案可能是不實用的。根據(jù)上述一個實施例，基于蓄電池的先前使用的學習函數(shù)被執(zhí)行，以提高隨后使用期間荷電狀態(tài)信息的準確性。在至少一種結(jié)構(gòu)中，學習函數(shù)是自動的，不需用戶輸入。此外，本發(fā)明的一個實施例適應溫度，并且減少溫度對荷電狀態(tài)指示的影響。一些實施例提供在多電池蓄電池配置中以及在電池彼此之間可能失去平衡的狀態(tài)下荷電狀態(tài)的信息。如以上根據(jù)一種實施方式進一步討論的，當蓄電池的可用能量已經(jīng)被使用時，提供達到0%的線性荷電狀態(tài)計算。此外，在一些結(jié)構(gòu)中，可以認為在10%的荷電狀態(tài)與完全放電之間具有小于1%誤差的準確度，并且在100%與10%荷電狀態(tài)之間具有小于5%的誤差。此外，至少一個實施例考慮了在蓄電池的不使用周期期間的自放電。順應法律，對于結(jié)構(gòu)和方法上的特征，以非常具體或不太具體的語言描述了本發(fā)明。然而，應該理解，本發(fā)明不限于所示和所述的具體特征，這是因為這里公開的手段包括使本發(fā)明奏效的優(yōu)選形式。因此，在根據(jù)等同原則來適當解釋的所附權利要求書的合適范圍內(nèi)，本發(fā)明要求保護其任何形式或者修改。此外，這里已經(jīng)提供了多個方案來用于本說明書的典型實施例的結(jié)構(gòu)和/或操作的引導。申請人認為對于典型實施例的這些描述也包括、公開和描述除了明確公開的方案之外的其它發(fā)明方案。例如，其它發(fā)明方案可以包括比典型實施例中所述的更少、更多和/或替換的特征。在更具體實例中，申請人認為本說明書包括、公開和描述了包括比明確公開的方法更少、更多和/或替換步驟的方法以及包括比明確公開的更少、更多和/或替換結(jié)構(gòu)的裝置。
權利要求
1.一種用于確定報告的蓄電池系統(tǒng)的荷電狀態(tài)的方法，所述方法包括 當荷電的先前狀態(tài)大于第一閾值百分比且小于或等于100%時,根據(jù)第一方法確定所報告的荷電狀態(tài)； 當所述荷電的先前狀態(tài)大于第二閾值百分比且小于或等于所述第一閾值百分比時，根據(jù)第二方法確定所報告的荷電狀態(tài)； 當所述荷電的先前狀態(tài)大于或等于0%且小于或等于所述第二閾值百分比時，根據(jù)第三方法確定所報告的荷電狀態(tài)。
2.根據(jù)權利要求I所述的方法，其中 根據(jù)所述第一方法確定所報告的荷電狀態(tài)包括監(jiān)測所述蓄電池系統(tǒng)的監(jiān)測電流；以及 根據(jù)所述第三方法確定所報告的荷電狀態(tài)包括監(jiān)測所述蓄電池系統(tǒng)的電池的電壓。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其中根據(jù)所述第二方法確定所報告的荷電狀態(tài)包括將所述第一方法和所述第三方法的信息相結(jié)合。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其中根據(jù)所述第一方法確定所報告的荷電狀態(tài)還包括對所述蓄電池系統(tǒng)的所述監(jiān)測電流的庫侖進行計數(shù)。
5.根據(jù)權利要求3所述的方法，其中根據(jù)所述第一方法確定所報告的荷電狀態(tài)還包括基于估計的所述蓄電池系統(tǒng)的容量和所計數(shù)的所述蓄電池系統(tǒng)的所述監(jiān)測電流的庫侖確定估計的荷電狀態(tài)。
6.根據(jù)權利要求3所述的方法，其中根據(jù)所述第三方法確定所報告的荷電狀態(tài)還包括使用至少一個預定的放電電壓模型確定估計的荷電狀態(tài)。
7.根據(jù)權利要求6所述的方法，其中 根據(jù)所述電池的電流和溫度從多個可能的放電電壓模型選擇所述至少一個預定的放電電壓模型；以及 根據(jù)測定的所述電池的電壓確定所估計的荷電狀態(tài)為所述至少一個放電電壓模型的所述荷電狀態(tài)。
8.根據(jù)權利要求I所述的方法，還包括使用所報告的所述蓄電池系統(tǒng)的荷電狀態(tài)和庫侖放電值計算獲得的所述蓄電池系統(tǒng)的容量。
9.根據(jù)權利要求I所述的方法，還包括當充電電流存在于所述蓄電池系統(tǒng)中時，根據(jù)所述第一方法確定所報告的荷電狀態(tài)。
10.一種用于確定報告的蓄電池系統(tǒng)的荷電狀態(tài)的裝置，所述裝置包括計算機處理器和與所述計算機處理器可操作地連接的計算機存儲器，所述計算機存儲器中設置有能夠執(zhí)行如下操作的計算機指令 當荷電的先前狀態(tài)大于第一閾值百分比且小于或等于100%時,根據(jù)第一方法確定所報告的荷電狀態(tài)； 當所述荷電的先前狀態(tài)大于第二閾值百分比且小于或等于所述第一閾值百分比時，根據(jù)第二方法確定所報告的荷電狀態(tài)； 當所述荷電的先前狀態(tài)大于或等于0%且小于或等于所述第二閾值百分比時，根據(jù)第三方法確定所報告的荷電狀態(tài)。
11.根據(jù)權利要求10所述的裝置，其中 根據(jù)所述第一方法確定所報告的荷電狀態(tài)包括監(jiān)測所述蓄電池系統(tǒng)的監(jiān)測電流；以及根據(jù)所述第三方法確定所報告的荷電狀態(tài)包括監(jiān)測所述蓄電池系統(tǒng)的電池的電壓。
12.根據(jù)權利要求11所述的裝置，其中根據(jù)所述第二方法確定所報告的荷電狀態(tài)包括將所述第一方法和所述第三方法的信息相結(jié)合。
13.根據(jù)權利要求12所述的裝置，其中根據(jù)所述第一方法確定所報告的荷電狀態(tài)還包括對所述蓄電池系統(tǒng)的所述監(jiān)測電流的庫侖進行計數(shù)。
14.根據(jù)權利要求12所述的裝置，其中根據(jù)所述第一方法確定所報告的荷電狀態(tài)還包括基于估計的所述蓄電池系統(tǒng)的容量和所計數(shù)的所述蓄電池系統(tǒng)的所述監(jiān)測電流的庫侖確定估計的荷電狀態(tài)。
15.根據(jù)權利要求12所述的裝置，其中根據(jù)所述第三方法確定所報告的荷電狀態(tài)還包括使用至少一個預定的放電電壓模型確定估計的荷電狀態(tài)。
16.根據(jù)權利要求15所述的裝置，其中 根據(jù)所述電池的電流和溫度從多個可能的放電電壓模型選擇所述至少一個預定的放電電壓模型；以及 根據(jù)測定的所述電池的電壓確定所估計的荷電狀態(tài)為所述至少一個放電電壓模型的所述荷電狀態(tài)。
17.根據(jù)權利要求10所述的裝置，其中所述計算機存儲器還包括能夠使用所報告的所述蓄電池系統(tǒng)的荷電狀態(tài)和庫侖放電值計算獲得的所述蓄電池系統(tǒng)的容量的計算機指令。
18.根據(jù)權利要求10所述的裝置，其中所述計算機存儲器還包括當充電電流存在于所述蓄電池系統(tǒng)中時，能夠根據(jù)所述第一方法確定所報告的荷電狀態(tài)的計算機指令。
19.一種用于確定報告的蓄電池系統(tǒng)的荷電狀態(tài)的實現(xiàn)在有形的計算機可讀介質(zhì)上的計算機程序產(chǎn)品，所述計算機程序產(chǎn)品包括 當荷電的先前狀態(tài)大于第一閾值百分比且小于或等于100%時,根據(jù)第一方法確定所報告的荷電狀態(tài)的計算機程序指令； 當所述荷電的先前狀態(tài)大于第二閾值百分比且小于或等于所述第一閾值百分比時，根據(jù)第二方法確定所報告的荷電狀態(tài)的計算機程序指令； 當所述荷電的先前狀態(tài)大于或等于0%且小于或等于所述第二閾值百分比時，根據(jù)第三方法確定所報告的荷電狀態(tài)的計算機程序指令。
20.根據(jù)權利要求19所述的計算機程序產(chǎn)品，其中 根據(jù)所述第一方法確定所報告的荷電狀態(tài)包括監(jiān)測所述蓄電池系統(tǒng)的監(jiān)測電流；以及 根據(jù)所述第三方法確定所報告的荷電狀態(tài)包括監(jiān)測所述蓄電池系統(tǒng)的電池的電壓。
21.根據(jù)權利要求20所述的計算機程序產(chǎn)品，其中根據(jù)所述第二方法確定所報告的荷電狀態(tài)包括將所述第一方法和所述第三方法的信息相結(jié)合。
22.根據(jù)權利要求21所述的計算機程序產(chǎn)品，其中根據(jù)所述第一方法確定所報告的荷電狀態(tài)還包括對所述蓄電池系統(tǒng)的所述監(jiān)測電流的庫侖進行計數(shù)。
23.根據(jù)權利要求21所述的計算機程序產(chǎn)品，其中根據(jù)所述第一方法確定所報告的荷電狀態(tài)還包括基于估計的所述蓄電池系統(tǒng)的容量和所計數(shù)的所述蓄電池系統(tǒng)的所述監(jiān)測電流的庫侖確定估計的荷電狀態(tài)。
24.根據(jù)權利要求21所述的計算機程序產(chǎn)品，其中根據(jù)所述第三方法確定所報告的荷電狀態(tài)還包括使用至少一個預定的放電電壓模型確定估計的荷電狀態(tài)。
25.根據(jù)權利要求24所述的計算機程序產(chǎn)品，其中 根據(jù)所述電池的電流和溫度從多個可能的放電電壓模型選擇所述至少一個預定的放電電壓模型；以及 根據(jù)測定的所述電池的電壓確定所估計的荷電狀態(tài)為所述至少一個放電電壓模型的所述荷電狀態(tài)。
26.根據(jù)權利要求19所述的計算機程序產(chǎn)品，還包括使用所報告的所述蓄電池系統(tǒng)的荷電狀態(tài)和庫侖放電值計算獲得的所述蓄電池系統(tǒng)的容量的計算機程序指令。
27.根據(jù)權利要求19所述的計算機程序產(chǎn)品，還包括當充電電流存在于所述蓄電池系統(tǒng)中時，根據(jù)所述第一方法確定所報告的荷電狀態(tài)的計算機程序指令。
全文摘要
本發(fā)明描述了蓄電池充電指示方法、蓄電池荷電狀態(tài)的監(jiān)測裝置、可充電蓄電池以及制品。根據(jù)一個方案，一種蓄電池充電指示方法，包括使用第一方法第一次確定蓄電池在第一瞬間的荷電狀態(tài)；使用不同于所述第一方法的第二方法第二次確定所述蓄電池在第二瞬間的荷電狀態(tài)；以及使用所述第一次確定和第二次確定的信息，提供關于所述蓄電池在第一和第二瞬間的荷電狀態(tài)的信息。
文檔編號H02J7/00GK102931700SQ20121040301
公開日2013年2月13日 申請日期2007年3月27日 優(yōu)先權日2006年3月31日
發(fā)明者克里斯多佛·達日萊克 申請人:威倫斯技術公司