專利名稱：電池組和電池容量計算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電池組以及用于電池組的充電控制方法，更特別地，涉及電池組和用 于在不使用校正表的情況下計算合適的電池容量的電池容量計算方法。
背景技術(shù)：
近些年來，在諸如筆記本個人計算機(jī)、蜂窩電話和PDA(個人數(shù)字助理)之類的便 攜電子設(shè)備中，使用鋰離子蓄電池(secondary battery)的電池組已經(jīng)被廣泛地用作這些 便攜電子設(shè)備的電源。鋰離子蓄電池具有重量輕、容量大、易于檢測剩余容量以及循環(huán)壽命 長的優(yōu)點。在電池組的蓄電池中，確定滿充電電壓和放電終止電壓。在放電終止電壓時的電 池容量被設(shè)置為OmAh，而在滿充電電壓時的電池容量被設(shè)置為所謂的滿充電容量。例如，在 使用鋰離子蓄電池的情況下，對于單個單元的鋰離子蓄電池來說，將4. 2V的電池電壓設(shè)置 為滿充電電壓，而將3. OV的電池電壓設(shè)置為放電終止電壓。然后，在充電或放電時累計實 際流動的充電電流或放電電流，因此可以計算電池容量。此外，如美國專利No. 6789026 (下面稱為專利文檔1)所公開的那樣，還采用了使 用蓄電池的OCV(開路電壓)值測量充電容量的方法。在該方法中，存在這樣一種情況即使當(dāng)在充電期間，在電池容量計算中，充電電 流的累計結(jié)果不顯示滿充電容量時，也建立諸如充電電流具有等于或低于充電終止電流值 的條件之類的滿充電檢測條件。在這種情況下，在建立了滿充電檢測條件時將電池容量強(qiáng) 制地校正為預(yù)定的滿充電容量。此外，還存在在建立滿充電檢測條件之前，電池容量的計算結(jié)果超出滿充電容量 的情況。例如，在這種情況下，在基于電池容量的計算結(jié)果獲得的剩余電池容量比(所謂充 電比)變?yōu)?9%之后，即使電池容量的計算結(jié)果超出滿充電容量，也在建立滿充電檢測條 件時向用戶通知剩余電池容量比為99%。當(dāng)隨后建立滿充電檢測條件時，通知用戶剩余電 池容量比是100%。應(yīng)該注意的是，由于充電容量依賴于電池溫度變化，因此，使用溫度校正表來校正 累計(integration)結(jié)果等。

發(fā)明內(nèi)容
然而，通過累計電流值來計算電池容量的方法或如在專利文檔1中公開那樣、通 過使用OCV計算電池容量的方法引起這樣的問題例如，不能精確地計算要向用戶通知的 剩余電池容量比。在具有很大程度惡化的蓄電池中，或當(dāng)電池溫度大大偏離室溫時易于引 起這樣的問題。此外，滿充電容量還依賴于充電之前的放電條件(溫度、負(fù)載等)而變化，因此在 建立滿充電檢測條件的定時與在檢測到滿充電時基于電池容量的計算結(jié)果而獲得的滿充 電定時之間引起誤差。因此，例如，在一些充電/放電條件下，產(chǎn)生整個充電時間的1/3或更多期間通知用戶剩余電池容量比是99%的問題(如圖1所示)。此外，例如，產(chǎn)生了通過 強(qiáng)制地將當(dāng)前電池容量設(shè)置為滿充電容量，剩余電池容量比從95%突然升高到100%的問 題(如圖2所示)。應(yīng)該注意的是，由圖1和2中由點線示出的曲線圖均顯示室溫下的一般 剩余電池容量比。
因此，需要一種電池組和在不使用校正表的情況下計算合適的電池容量的電池容 量計算方法。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供一種電池組，包括至少一個蓄電池；第一端子和 第二端子，連接到外部電子設(shè)備并執(zhí)行充電和放電；放電控制開關(guān)，其由第一控制信號控 制，并且關(guān)于蓄電池導(dǎo)通/截止放電電流；充電控制開關(guān)，其由第二控制信號控制，并且關(guān) 于蓄電池導(dǎo)通/截止充電電流；和控制部件，用于檢測蓄電池的電壓、電流和溫度，通過輸 出根據(jù)蓄電池的電壓、電流和溫度的第一控制信號和第二控制信號來控制充電控制開關(guān)和 放電控制開關(guān)，并計算蓄電池的電池容量。控制部件根據(jù)蓄電池被充電、被放電以及處于滿 充電狀態(tài)的各個情況，通過不同的方法計算蓄電池的電池容量。在蓄電池被充電的情況下， 控制部件通過使用關(guān)于電池容量的充電電流的變化量來計算達(dá)到蓄電池的滿充電所需的 電池容量，并且通過使用基于達(dá)到蓄電池的滿充電所需的、計算出的電池容量而獲得的調(diào) 節(jié)值來計算蓄電池的電池容量。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，提供一種電池容量計算方法，包括初始化步驟，當(dāng)開 始充電蓄電池時，判斷蓄電池的過去充電電流是否存儲在存儲部件中，并且在未存儲過去 充電電流的情形下，測量蓄電池的充電電流并存儲充電電流以及在開始充電時獲得的充電 容量；充電容量計算步驟，通過在每個特定循環(huán)中累計已經(jīng)在預(yù)定循環(huán)中流動的充電電流 來計算蓄電池的充電容量；電流變化量計算步驟，計算作為關(guān)于充電容量的充電電流的變 化量的電流變化量；調(diào)節(jié)值計算步驟，判斷是否利用恒定電壓和恒定電流之一來充電蓄電 池，當(dāng)利用恒定電壓充電蓄電池時，基于測量出的充電電流以及在電流變化量計算步驟中 計算出的電流變化量來計算剩余充電容量，并且根據(jù)關(guān)于剩余充電容量的滿充電容量與充 電容量之間的差計算調(diào)節(jié)值，并且當(dāng)利用恒定電流充電蓄電池時，將調(diào)節(jié)值設(shè)置為1 ；電池 容量計算步驟，通過在每個特定循環(huán)中累計調(diào)節(jié)充電電流值來計算蓄電池的電池容量，通 過使用已經(jīng)在預(yù)定循環(huán)中流動的充電電流與調(diào)節(jié)值的乘積來計算調(diào)節(jié)充電電流值；惡化程 度計算步驟，根據(jù)關(guān)于充電容量的充電電流的變化量與關(guān)于在開始使用蓄電池時的充電容 量的充電電流的變化量的比值來計算蓄電池的惡化程度，在存儲部件中存儲計算出的惡化 程度，并且進(jìn)行更新；和滿充電容量計算步驟，通過已經(jīng)預(yù)先存儲在存儲部件中的初始滿充 電容量和惡化程度的乘積來計算滿充電容量，在存儲部件中存儲計算出的滿充電容量，并 且在檢測到蓄電池被完全充電的情況下進(jìn)行更新。在本發(fā)明的實施例中，計算在充電時關(guān)于容量的電流的變化量。基于電流的變化 量計算調(diào)節(jié)值，累計作為調(diào)節(jié)值和充電電流值的乘積的調(diào)節(jié)充電電流值，因此計算充電容 量。此外，基于電流的變化量計算蓄電池的惡化程度，并且在滿充電時，使用惡化程度重新 計算滿充電容量。根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以根據(jù)蓄電池的狀態(tài)計算電池容量，而無需使用存儲預(yù) 定的惡化程度的校正表。如附圖所示，根據(jù)下面的本發(fā)明的最佳實施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的這些和其它目標(biāo)、特征和優(yōu)點將變得更加清楚。


圖1是顯示在通過現(xiàn)有技術(shù)中的方法計算電池容量的情況下的電池容量的曲線 圖；圖2是顯示在通過現(xiàn)有技術(shù)中的方法計算電池容量的情況下的電池容量的曲線 圖；圖3是顯示本發(fā)明實施例的電池組的結(jié)構(gòu)示例的電路圖；圖4是顯示本發(fā)明實施例的電池組的電池容量計算的過程的流程圖；圖5A到圖5C是顯示在充電時的充電電流的變化的曲線圖；圖6是顯示在充電本發(fā)明實施例的電池組時的電池容量計算的過程的流程圖；圖7是顯示在充電本發(fā)明實施例的電池組時的電流變化量和充電電流的變化的 曲線圖；圖8是顯示本發(fā)明實施例的電池組的充電電流、測量的充電容量和通過在恒壓充 電區(qū)域中使用充電調(diào)節(jié)值計算的充電容量的曲線圖；以及圖9A和圖9B是顯示在本發(fā)明實施例中使用充電調(diào)節(jié)值計算的充電容量的第一和 第二示例的曲線圖。
具體實施例方式下面，將描述執(zhí)行本發(fā)明(下面稱為實施例)的模式。應(yīng)該注意將以如下方式進(jìn) 行描述。1.第一實施例(當(dāng)充電時基于關(guān)于充電容量的充電電流的變化量計算電池容量 的示例)(1.第一實施例)下面，參照附圖描述本發(fā)明的第一實施例。(電池組的電路結(jié)構(gòu))圖3是顯示第一實施例的電池組的結(jié)構(gòu)示例的電路圖。電池組1包括蓄電池2、電 池連接正端子3a、電池連接負(fù)端子3b、外部連接正端子4a、外部連接負(fù)端子4b、通信端子5 和保護(hù)電路10。 例如，可以使用鋰離子蓄電池作為蓄電池2。此外，可以串聯(lián)和/或并聯(lián)多個蓄電 池2。電池連接正端子3a和電池連接負(fù)端子3b分別連接到蓄電池2的正端子和負(fù)端 子。外部連接正端子4a和外部連接負(fù)端子4b分別連接到外部電子設(shè)備或充電器(未示 出)的正端子和負(fù)端子。利用該結(jié)構(gòu)，經(jīng)由保護(hù)電路10充電和放電蓄電池2。 提供了通信端子5來執(zhí)行與電子設(shè)備的通信，并且，例如，按需要將電池組的狀態(tài) 發(fā)送到電子設(shè)備并在電子設(shè)備上顯示該狀態(tài)。例如，通過提供通信端子5，可以根據(jù)電池組 1的狀態(tài)點亮電子設(shè)備的報警燈，或利用字母、圖標(biāo)等在顯示部分上顯示諸如電池容量之類 的電池狀態(tài)。此外，通過經(jīng)由通信端子5進(jìn)行電子設(shè)備和電池組1之間通信，對于電子設(shè)備 來說，還可以驗證電池組1為合法產(chǎn)品，或?qū)τ谕獠吭O(shè)備來說，可以控制蓄電池2的充電和放電。保護(hù)電路10包括用于在蓄電池2中出現(xiàn)異常時執(zhí)行充電/放電中斷控制的微計 算機(jī)11、放電控制FET (場效應(yīng)管)12、充電控制FET 13、過電流檢測電阻器14和溫度檢測 裝置15。應(yīng)該注意的是，在本發(fā)明的實施例中，將ρ溝道型FET用于放電控制FET 12和充 電控制FET 13。然而，可以使用η溝道型FET。在將η溝道型FET用于放電控制FET 12和 充電控制FET 13的情況下，需要改變FET的排列位置。(微計算機(jī)的充電/放電控制操作)微計算機(jī)11檢測過電流檢測電阻器14的兩端處的電壓，并且基于檢測到的電壓等效地檢測流過保護(hù)電路10的電流。在等于或大于特定的電流值的負(fù)載電流(即，過電 流)流動的情況下，微計算機(jī)11將放電控制FET 12或充電控制FET 13截止來中斷負(fù)載電 流。利用該結(jié)構(gòu)，防止了對蓄電池2、外部電子設(shè)備和保護(hù)電路10的損害。微計算機(jī)11配有ROM (只讀存儲器)和RAM (隨機(jī)存取存儲器)作為存儲器(未示 出)。例如，提供EEPROM(電可擦除可編程只讀存儲器)等作為ROM。根據(jù)預(yù)先存儲在ROM 中的程序，微計算機(jī)11利用作為工作存儲器的RAM控制各個部分。RAM存儲測量出的電壓 和電流以及計算出的電池容量。將寄生二極管12a提供在放電控制 Τ 12的漏極和源極之間，而將寄生二極管 13a提供在充電控制FET 13的漏極和源極之間。寄生二極管12a在關(guān)于從外部連接正端子 4a向蓄電池2流動的充電電流的前向方向上以及在關(guān)于從外部連接負(fù)端子4b向蓄電池2 流動的放電電流的相反方向上具有極性。寄生二極管13a在關(guān)于充電電流的相反方向上以 及關(guān)于放電方向的前向方向上具有極性。從微計算機(jī)11向放電控制FET 12的柵極提供控制信號D0，并且從微計算機(jī)11向 充電控制FET 13的柵極提供控制信號CO。在正常的放電操作和充電操作中，將控制信號 DO和控制信號CO設(shè)置為邏輯“L”電平(下面，還合適地稱為低電平)，并且將放電控制FET 12和充電控制FET 13導(dǎo)通。由于放電控制FET 12和充電控制FET 13是ρ溝道型，因此以 低于源極電勢預(yù)定值或更多的柵極電勢導(dǎo)通放電控制FET 12和充電控制FET 13。在微計算機(jī)11在放電時檢測到蓄電池2的電壓等于或低于預(yù)定放電控制電壓的 情況下，將控制信號DO設(shè)置到邏輯“H”電平(下面，合適地稱為高電平)，并且放電控制FET 12截止。此外，在檢測到放電電流處于過電流狀態(tài)或蓄電池2的溫度超出預(yù)定范圍的情況 下，放電控制FET 12截止。因此，中斷放電電流。設(shè)置比放電控制電壓高預(yù)定電壓的放電恢復(fù)電壓并將其存儲在微計算機(jī)11的存 儲器(諸如EEPROM之類的非易失性存儲器)中。從檢測到蓄電池2的電壓低于預(yù)定電壓 值時起的一段時間內(nèi)，微計算機(jī)11繼續(xù)中斷放電，然后在通過執(zhí)行充電等導(dǎo)致電壓增加到 放電恢復(fù)電壓或更高時，中斷放電。在由于檢測到放電電流是過電流狀態(tài)，因此中斷放電的情況下，放電電流變?yōu)?， 然后重新開始放電。在這種情況下，可以設(shè)置預(yù)定的延遲時間，并且在甚至當(dāng)已經(jīng)經(jīng)過了延 遲時間時過電流狀態(tài)還繼續(xù)的情況下中斷放電，而不是在檢測到過電流狀態(tài)時立即中斷放 電電流。例如，在多個蓄電池2串聯(lián)連接使得以高電壓使用電池組1的情況下，可能存在當(dāng) 開始放電時在很短的時間段內(nèi)很大的電流流動的情況。在許多情況下，在流動片刻之后，這 樣的大電流可能立即返回到具有正常值的電流。因此，通過防止在這樣的大電流流動時立即執(zhí)行放電控制，用戶可以愜意地使用電子設(shè)備。應(yīng)該注意的是，一般而言，存在由于過放電在電池內(nèi)產(chǎn)生氣體而導(dǎo)致電池組極度 惡化，并且由于這個特性導(dǎo)致電池組膨脹的擔(dān)心。當(dāng)使用時將電池組插入到電子設(shè)備的電 池組插入部分。電池組插入部分具有基本上與電池組的外部尺度相同大小的尺寸。因此， 當(dāng)電池組膨脹時，通過電池組插入部分的內(nèi)壁向電池組施加外力，因此電池組受損，或者電 解液從電池組中漏出。此外，從電池組插入部分拆卸電池組變得很難，這引起在拆卸電池組 時損傷電池組或損傷電子設(shè)備的擔(dān)心。因此，在蓄電池2的電壓變得等于或低于放電禁止 電壓(其被設(shè)置為低于放電控制電壓)時，可以控制來永久禁止充電和放電?？紤]在蓄電 池2的電壓變得低于放電控制電壓之后，通過自放電將電壓進(jìn)一步降低到等于或低于放電 禁止電壓。為此，通過如上所述控制來永久禁止充電和放電，可以進(jìn)一步提高安全性。此外，在充電時，在微計算機(jī)11檢測到蓄電池2的電壓變得等于或高于預(yù)定的充 電控制電壓的情況下，例如，利用設(shè)置到邏輯“H”電平(在后面合適地稱為高電平)的控制 信號CO將充電控制FET 13截止。此外，在充電電流被檢測為過電流狀態(tài)，或者蓄電池2的 溫度被檢測為超出預(yù)定范圍的情況下，將充電控制FET 13截止。因此，充電電流被中斷。類似地，可以在充電時執(zhí)行充電控制。設(shè)置低于充電控制電壓預(yù)定電壓的充電恢 復(fù)電壓，并且將其存儲在微計算機(jī)11的存儲器中。例如，微計算機(jī)11在從檢測到蓄電池2 的電壓等于或高于預(yù)定電壓值時起的一時間段內(nèi)繼續(xù)中斷充電，然后到執(zhí)行放電或通過自 放電將電壓降低到充電恢復(fù)電壓或更低時中斷充電。此外，在充電時檢測到過電流狀態(tài)，然后中斷充電的情況下，正如放電的情況那 樣，可以在甚至當(dāng)已經(jīng)經(jīng)過了預(yù)定延遲時間時過電流狀態(tài)仍然繼續(xù)的情況下中斷充電。(電池容量計算方法)在后面，將描述根據(jù)本發(fā)明實施例的電池組的電池容量計算方法。在本發(fā)明的該 實施例中，根據(jù)蓄電池2的狀態(tài)以不同的方法計算電池容量。首先，將參照圖4描述判斷電 池狀態(tài)的操作。首先，如步驟Sl所示，開始充電和放電。在步驟S2，由微計算機(jī)11測量蓄電池2 的電壓、電流和電池溫度。然后，在步驟S3，判斷測量出的電壓、電流和電池溫度是否滿足用于執(zhí)行蓄電池2 的充電控制和放電控制的保護(hù)條件或用于永久禁止充電和放電的異常條件。這里，作為保護(hù)條件，設(shè)置用于放電控制的放電保護(hù)條件以及用于充電控制的充 電保護(hù)條件。例如，放電保護(hù)條件包括下列條件(1)蓄電池2的電壓變得等于或低于預(yù)定放電控制電壓的情況(2)放電電流超過預(yù)定值的情況(即，將放電電流檢測為過電流狀態(tài)的情況)(3)當(dāng)電池溫度超出預(yù)定范圍時在鋰離子電池被用作蓄電池2的情況下，例如，將放電控制電壓設(shè)置到2. 5V。基于 用于保護(hù)電路的部件、電子設(shè)備的部件等的電阻來確定放電電流的過電流條件?；谟糜?蓄電池2的正電極、負(fù)電極、電解液等的材料確定電池溫度的條件。通過截止放電控制FET 12來中斷放電電流。另一方面，例如，充電保護(hù)條件包括下列條件。
(1)蓄電池2的電壓變?yōu)榈扔诨蚋哂陬A(yù)定充電控制電壓的情況 (2)充電電流超出預(yù)定值的情況(即，將充電電流檢測為過電流狀態(tài)的情況)(3)當(dāng)電池溫度超出預(yù)定范圍時可以基于蓄電池2的性能任意地設(shè)置保護(hù)條件。在鋰離子蓄電池用作蓄電池2的 情況下，例如，將充電控制電壓設(shè)置為4. 2V。在放電的情況下，類似地確定充電電流的過電 流條件和電池溫度的條件。應(yīng)該注意的是，當(dāng)執(zhí)行充電和放電時，可以將電池溫度的合適范 圍設(shè)置為相同的范圍，或者可以將其設(shè)置為不同的范圍。通過截止充電控制FET 13來中斷 充電電流。此外，例如，異常條件包括下列條件。(1)蓄電池2的電壓變得等于或低于放電禁止電壓(其被設(shè)置為低于放電控制電 壓)，或者變得等于或高于充電禁止電壓(其被設(shè)置為高于充電控制電壓)(2)蓄電池2不正常地產(chǎn)生熱量的情況基于蓄電池2的電路部件的熱阻、分離器 (separator)的熔點等、整個蓄電池2的安全性來確定由蓄電池2不正常地產(chǎn)生的熱量的溫 度條件，并且例如將其設(shè)置為90到100°C。在步驟S3檢測到蓄電池2的狀態(tài)滿足保護(hù)條件或異常條件的情況下，處理前進(jìn)到 步驟S9。在步驟S9，執(zhí)行充電或放電的控制，并且處理結(jié)束。應(yīng)該注意的是，當(dāng)在步驟S9中斷充電或放電時，充電控制FET 13或放電控制FET 12截止。例如，當(dāng)檢測到過電流狀態(tài)，并且中斷充電時，充電控制FET 13截止。在電池電壓 隨后降低到等于或低于預(yù)定充電恢復(fù)電壓的情況下，導(dǎo)通充電控制FET 13并且允許充電。 在此之后，當(dāng)重新開始充電時，例如，再次從步驟Sl執(zhí)行處理。在步驟S3未檢測到蓄電池2的狀態(tài)滿足保護(hù)條件或異常條件，也就是檢測到狀態(tài) 正常的情況下，處理前進(jìn)到步驟S4。在步驟S4，判斷蓄電池2是否處于滿充電狀態(tài)。在關(guān) 于蓄電池2滿足滿充電條件的情況下，處理前進(jìn)到步驟S8。在步驟S8，執(zhí)行滿充電容量計 算處理，然后結(jié)束處理。將在下面描述滿充電容量計算處理。在步驟S4，在關(guān)于蓄電池2不滿足滿充電條件的情況下，處理前進(jìn)到步驟S5，并且 判斷蓄電池2是被充電還是被放電。基于流動電流的極性執(zhí)行蓄電池2是被充電還是被放 電的判斷。換句話說，在將充電電流流動的方向設(shè)置為正電流值的情況下，當(dāng)滿足電流> 0[A]時，判斷蓄電池2正在被充電，當(dāng)滿足電流<0[A]時，判斷蓄電池2正在被放電。在步驟S5判斷蓄電池2被放電的情況下，處理前進(jìn)到步驟S6。在步驟S6，執(zhí)行放 電容量計算處理，然后終止處理。將在后面描述放電容量計算處理。在步驟S5判斷出蓄電池2正在被充電時，處理前進(jìn)到步驟S7。在步驟S7，執(zhí)行充 電容量計算處理，然后終止處理。將在后面描述充電容量計算處理。例如，每一秒執(zhí)行這樣的處理。在步驟S6的放電容量計算處理和步驟S7的充電 容量計算處理中，通過連續(xù)積分一秒中流動的電流來計算容量。 ( 放電容量計算處理)在放電容量計算處理中，通過累計放電電流計算放電容量。通過下列公式(1)獲 得放電容量。下列公式(1)用于計算在開始放電后η秒獲得的放電容量(η)。應(yīng)該注意的 是，根據(jù)當(dāng)開始放電時獲得的電池容量與放電容量之間的差計算蓄電池2的電池容量(剩 余容量)。
<formula>formula see original document page 10</formula>
可以從通過直到放電終止為止累計放電電流而獲得的放電容量獲得在放電容量 計算處理中的蓄電池2的滿充電容量。在微計算機(jī)11的存儲器中存儲滿充電容量作為此 時的蓄電池2的滿充電容量。此外，例如，如下列公式(2)所示，可以在執(zhí)行放電的97%時，從放電容量(97% )
獲得滿充電容量。<formula>formula see original document page 10</formula>
(充電容量計算處理)在充電容量計算處理中，通過累計充電電流來計算充電容量。當(dāng)充電蓄電池2時， 執(zhí)行CC (恒定電流)充電，使得蓄電池2的電壓變?yōu)闈M充電電壓，然后執(zhí)行CV (恒定電壓)。 然后，測量CV充電期間的充電電流，并且繼續(xù)充電，直到充電電流變得等于或低于預(yù)定充 電終止電流值為止。在本發(fā)明的實施例中，計算作為在CV充電區(qū)域中直至滿充電的容量的剩余充電 容量。然后，設(shè)置充電調(diào)節(jié)值，使得在充電容量和此時存儲的滿充電容量之間的差接近于計 算出的剩余充電容量，并且調(diào)節(jié)累計值。如圖5所示，作為計算剩余充電容量的方法，在CV充電中使用電流以其改變的電 流變化量和充電容量的變化量之間的近似比例關(guān)系。圖5Α到5C是每一個都顯示在CC充 電中的電流條件被設(shè)置到3. 3Α，在CV充電中電壓條件被設(shè)置為每單元4. 2V，并且充電終止 電流被設(shè)置到250mA的情況下，充電電流和充電容量之間的關(guān)系的曲線圖。圖5A是蓄電池 的電池溫度被設(shè)置為5°C的曲線圖，圖5B是蓄電池的電池溫度被設(shè)置為25°C的曲線圖，而 圖5C是蓄電池的電池溫度被設(shè)置為40°C的曲線圖。如圖5A到5C所示，在CV充電區(qū)域中，充電電流的變化(曲線圖的傾角)變得基 本恒定。因此，在本發(fā)明的實施例中，基于充電電流的變化量獲得要充電直至到達(dá)滿容量需 要的充電容量。應(yīng)該注意的是，當(dāng)蓄電池的電池溫度降低，并且內(nèi)部電阻增大時，充電電流 的變化量降低。因此，在蓄電池的電池溫度降低時傾角變得平緩。參照圖6的流程圖，將描述充電容量計算處理的流程。應(yīng)該注意的是，在本發(fā)明實 施例的充電容量計算處理中，每一秒都執(zhí)行下列處理。然后，存儲測量出的充電電流以及計 算出的充電容量，并且當(dāng)執(zhí)行充電容量計算處理時，讀出存儲的過去充電電流和充電容量， 以由此執(zhí)行充電容量計算處理。首先，一旦在步驟Sll開始充電，則在步驟S12判斷過去存儲的充電電流是否為 0[mAh]o在放電處理中清除過去存儲的充電電流。因此，當(dāng)放電處理被切換到充電處理時， 在過去存儲的充電電流的數(shù)值被設(shè)置為0。當(dāng)重新開始充電處理時，存儲在過去存儲的充電 電流的數(shù)值。在步驟S12判斷出存儲的充電電流不為0的情況下，處理前進(jìn)到步驟S14。在步 驟S12判斷出存儲的充電電流是0的情況下，測量當(dāng)前充電電流和當(dāng)前充電容量，并在步驟 S13進(jìn)行存儲。然后，在步驟S14，累計充電電流，并且計算充電容量。通過下面的公式(3)獲得充 電容量。在下面的公式(3)中，計算在開始充電之后η秒獲得的充電容量(η)。<formula>formula see original document page 10</formula>
然后，在步驟S15判斷關(guān)于在過去存儲的充電電流，在此時充電電流是否改變了預(yù)定值，例如，超過20mA。當(dāng)在步驟S15判斷出充電電流的變化很小時，處理前進(jìn)到步驟 S17。在步驟S15判斷出充電電流的變化超出預(yù)定值的情況下，在步驟S16計算作為關(guān)于充電容量的充電電流的變化量的充電變化量。通過下列公式(4)計算充電變化量。充電變化量=(過去存儲的充電容量-測量出的充電容量)/ (過去存儲的充電電流-測量出的充電電流)...(4)在公式(4)中，通過計算充電電流和過去存儲的充電電流之間的差以及充電容量 和過去存儲的充電容量之間的差來計算充電變化量。在計算充電變化量之后，存儲當(dāng)前的 充電電流和當(dāng)前充電容量。應(yīng)該注意的是，在第一次充電操作時獲得的充電變化量(在開 始使用電池時的電流的變化量)被存儲在微計算機(jī)11的存儲器中。在每次執(zhí)行充電操作 時，將在開始使用電池時的電流的變化量用于計算惡化程度。圖7是顯示充電電流、測量出的充電容量和在CV充電區(qū)域中通過使用充電調(diào)節(jié)值 計算的充電容量的曲線圖。在圖7中，實線指示充電電流，而點線指示在公式(4)中計算的 充電變化量。應(yīng)該注意的是，由點線指示的充電變化量是示意性曲線圖，并且實際上產(chǎn)生變 化(最大值和最小值之間的差)。然而，關(guān)于滿充電容量，變化是大約0. 1，并且由于變化產(chǎn) 生的影響是5%或更少。然后，計算充電調(diào)節(jié)值。在CC充電和CV充電中分離地使用充電調(diào)節(jié)值。因此，在 步驟S17判斷是CC充電還是CV充電。具體地，在步驟S17判斷是否滿足充電變化量< -1。 當(dāng)滿足充電變化量< -1時，則判斷為CV充電狀態(tài)。另一方面，當(dāng)不滿足充電變化量< -1 時，判斷為CC充電狀態(tài)。當(dāng)在步驟S17判斷為CC充電時，假設(shè)充電調(diào)節(jié)值是1，也就是在步驟S20中未執(zhí)行 調(diào)節(jié)。當(dāng)在步驟S17判斷為CV充電時，處理前進(jìn)到步驟S18。在步驟S18，計算剩余充電容 量。通過使用充電變化量由下面的公式(5)來計算剩余充電容量。剩余充電容量=_(充電電流-充電終止電流)/充電變化量...(5)圖8是顯示計算出的剩余充電容量和測量出的剩余充電容量的曲線圖。在圖8中， 實線指示在CV充電區(qū)域中計算的剩余充電容量，而點線指示測量出的剩余充電容量。此 夕卜，虛線指示充電電流。如圖8所示，隨著充電的進(jìn)行，通過公式(5)計算的、在CV充電區(qū)域中的剩余充電 容量具有與測量出的剩余充電容量的較小誤差，并且這兩個剩余充電容量基本上在充電的 后期相互一致。然后，處理前進(jìn)到步驟S19，使得計算在CV充電中的充電調(diào)節(jié)值。通過使用在步驟 S18計算出的剩余充電容量由下面的公式(6)獲得充電調(diào)節(jié)值。充電調(diào)節(jié)值=(滿充電容量-充電容量)/剩余充電容量...(6)一旦計算充電調(diào)節(jié)值，處理前進(jìn)到步驟S21。這里，在CV充電區(qū)域中，依賴于如何定義充電調(diào)節(jié)值來改變作為范圍從當(dāng)前充電 容量到滿充電容量的容量計算的充電容量。通過下面的公式(7)和(8)中的每一個表示滿 充電容量。用于計算在CV充電區(qū)域中的滿充電容量的第一個公式
滿充電容量=當(dāng)前充電容量+直至滿充電的計算出的容量X充電調(diào)節(jié)值 =當(dāng)前充電容量+Σ (充電電流)X充電調(diào)節(jié)值 =當(dāng)前充電容量+Σ (充電電流X充電調(diào)節(jié)值)...(7)第一個公式是通過將剩余充電容量乘以預(yù)定的充電調(diào)節(jié)值來計算滿充電容量的 方法。用于計算在CV充電區(qū)域中的滿充電容量的第二個公式滿充電容量=當(dāng)前充電容量+直至滿充電的計算出的容量+充電調(diào)節(jié)值=當(dāng)前充電容量+Σ (充電電流)+充電調(diào)節(jié)值...(8)第二個公式是根據(jù)當(dāng)前充電容量、剩余充電容量和預(yù)定的充電調(diào)節(jié)值之和計算滿 充電容量的方法。這里，圖9Α是顯示在CV充電區(qū)域中使用以上公式(7)中的充電調(diào)節(jié)值計算的充 電容量的曲線圖。圖9Β是顯示使用以上公式(8)中的充電調(diào)節(jié)值計算的充電容量的曲線 圖。在圖9Α和9Β中，點線是指示在不使用充電調(diào)節(jié)值的情況下的充電容量的曲線圖。如圖9Α和9Β所示，在使用公式(7)和⑶中的任意一個時，充電容量計算的影響 不同。在圖9Β中，可以通過將恒定的充電調(diào)節(jié)值加到充電容量來計算充電容量，而不管CC 充電區(qū)域中的剩余充電容量如何。然而，在該方法中，當(dāng)CC充電被切換到CV充電時，充電 容量被突然改變。因此，在本發(fā)明的實施例中，使用在公式(7)中的充電調(diào)節(jié)值。在步驟S21，計算充電容量。如上所述，在本發(fā)明的實施例中使用公式(7)的充電 調(diào)節(jié)值。因此，由下面的公式(9)計算在開始充電后η秒獲得的電池容量。充電容量(η)=充電容量(η-1) + (充電電流/3600) X充電調(diào)節(jié)值...(9)在存儲器中存儲計算出的充電容量。然后，處理前進(jìn)到步驟S22，并且由下面的公式(10)計算剩余電池容量比。剩余電池容量比=(充電容量/滿充電容量)XlOO.. . (10)經(jīng)由通信端子5將指示計算出的剩余電池容量比的數(shù)據(jù)傳送到外部電子設(shè)備主 體，并且電子設(shè)備利用字母、圖標(biāo)等在顯示部分等上顯示剩余電池容量比，結(jié)果用戶可以直 觀地理解蓄電池2的充電狀態(tài)(可放電狀態(tài))。然后，在步驟S23，計算蓄電池2的惡化的當(dāng)前程度。不預(yù)先存儲惡化程度，而是使 用在每次充電操作中實際測量的數(shù)值計算該惡化程度。因此，可以獲得根據(jù)蓄電池2的狀 態(tài)的惡化程度。通過下面的公式(11)計算惡化的程度。當(dāng)?shù)谝淮螆?zhí)行充電操作時，在微計算機(jī)11 的存儲器中存儲在開始使用電池時的電流變化量。惡化程度=電流變化量/在開始使用電池時的電流變化量...(11)應(yīng)該注意的是，當(dāng)在計算惡化的程度中，在開始使用電池時電流變化量是0時，利 用當(dāng)前存儲的電流變化量替換0。此外，依賴于溫度條件執(zhí)行惡化的程度的計算。例如，當(dāng) 電池溫度超過30°C時，不計算惡化的程度。在存儲器中存儲計算出的惡化程度，并且在滿充 電容量計算處理中使用該惡化程度。 以上惡化程度具有大約1的初始值，將該值設(shè)置為隨著蓄電池2的充電/放電循 環(huán)推進(jìn)而逐漸變小。由該電流變化量與在開始使用電池時的電流變化量的比率表示惡化的 程度。隨著蓄電池2變差，作為關(guān)于預(yù)定電池容量的充電電流的變化量的電流變化量變小，也就是，曲線圖的斜率變得接近O。因此，隨著惡化推進(jìn)，惡化的程度變小。(滿充電容量計算處理)
將描述在步驟S8執(zhí)行的滿充電容量計算處理。在步驟S4判斷出建立了滿充電條 件的情況下，在步驟S8，蓄電池2的電池容量被強(qiáng)制地設(shè)置到滿充電容量。通過下面的公式 (12)獲得滿充電容量。滿充電容量=在發(fā)貨時的滿充電容量X惡化程度...(12)這里，在微計算機(jī)11的存儲器中存儲在發(fā)貨時的滿充電容量。此外，將惡化程度 的初始值設(shè)置為1，并將其存儲在微計算機(jī)11的存儲器中。通常，在放電時已經(jīng)實際放電的容量被設(shè)置為滿充電容量。在這種情況下，需要執(zhí) 行放電，直到放電接近終止為止。然而，由于筆記本個人計算機(jī)等經(jīng)常與AC適配器一起使 用，因此執(zhí)行放電直到放電接近終止為止的情況變得不頻繁。因此，在現(xiàn)有技術(shù)的方法中很 難理解由于電池的惡化等導(dǎo)致的滿充電容量的變化。在本發(fā)明的實施例中，在當(dāng)充電電池時計算電池的惡化程度并且建立蓄電池的滿 充電條件的情況下，使用在充電時計算的惡化程度計算和存儲滿充電容量。因此，每次當(dāng)蓄 電池充電時，更新滿充電容量的惡化，結(jié)果可以精確地獲得電池狀態(tài)。通過使用如上所述的電池容量計算方法，可以防止向用戶通知的剩余電池容量比 突然增大并顯示出滿充電狀態(tài)或防止長時間向用戶通知緊接在滿充電之前的狀態(tài)(如，其 中剩余電池容量比是99%的狀態(tài))的情況。在本發(fā)明的實施例中，可以計算合適的電池容量，而無需使用校正表。如上所述，已經(jīng)具體地描述了本發(fā)明的實施例，但是本發(fā)明不限于此，并且可以基 于本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思進(jìn)行各種修改。例如，在本發(fā)明的以上實施例中使用的數(shù)值僅僅是示例，并且可以按需要使用與 以上值不同的數(shù)值。由于根據(jù)蓄電池的類型電池狀態(tài)的判斷標(biāo)準(zhǔn)不同，因此根據(jù)使用的蓄 電池設(shè)置合適的基準(zhǔn)值。本發(fā)明包含涉及于2009年2月12日向日本專利局提交的日本優(yōu)先權(quán)專利申請JP 2009-029492的主題，通過引用將其全部內(nèi)容合并在此。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，可以根據(jù)設(shè)計要求或其它因素進(jìn)行各種修改、組合、 子組合以及替換，其在所附權(quán)利要求及其等效物的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種電池組，包括至少一個蓄電池；第一端子和第二端子，連接到外部電子設(shè)備并執(zhí)行充電和放電；放電控制開關(guān)，其由第一控制信號控制，并且關(guān)于所述蓄電池導(dǎo)通/截止放電電流；充電控制開關(guān)，其由第二控制信號控制，并且關(guān)于所述蓄電池導(dǎo)通/截止充電電流；和控制部件，用于檢測所述蓄電池的電壓、電流和溫度，通過輸出根據(jù)所述蓄電池的電壓、電流和溫度的所述第一控制信號和所述第二控制信號來控制所述充電控制開關(guān)和所述放電控制開關(guān)，并計算所述蓄電池的電池容量，其中所述控制部件根據(jù)所述蓄電池被充電、被放電以及處于滿充電狀態(tài)的情況，通過不同的方法計算所述蓄電池的電池容量，和其中在所述蓄電池被充電的情況下，所述控制部件通過使用關(guān)于所述電池容量的充電電流的變化量來計算達(dá)到所述蓄電池的滿充電所需的電池容量，并且通過使用基于達(dá)到所述蓄電池的滿充電所需的、計算出的電池容量而獲得的調(diào)節(jié)值來計算所述蓄電池的電池容量。
2.如權(quán)利要求1所述的電池組，其中所述控制部件每一次計算關(guān)于電池容量的充電電流的變化量時，在存儲部件中存 儲關(guān)于電池容量的充電電流的變化量，并且進(jìn)行更新。
3.如權(quán)利要求2所述的電池組，其中所述控制部件每一次測量所述充電電流時，在所述存儲部件中存儲充電電流的 值，并且進(jìn)行更新，和其中所述控制部件在測量出的充電電流的值與存儲在所述存儲部件中的充電電流的 值之間的差超出預(yù)定值的情況下，關(guān)于所述電池容量計算所述充電電流的變化量。
4.如權(quán)利要求3所述的電池組，其中所述控制部件在判斷出所述蓄電池正在被放電的情況下，清除存儲在所述存儲部 件中的充電電流。
5.如權(quán)利要求4所述的電池組，其中所述控制部件通過在每一個特定循環(huán)中累計調(diào)節(jié)充電電流值來計算所述蓄電池 的電池容量，通過已經(jīng)在預(yù)定循環(huán)中流動的充電電流和所述調(diào)節(jié)值的乘積來計算所述調(diào)節(jié) 充電電流值。
6.如權(quán)利要求5所述的電池組，其中通過累計所述調(diào)節(jié)充電電流值計算的所述蓄電池的電池容量以及所述蓄電池的 滿充電容量用于計算剩余電池容量比。
7.如權(quán)利要求6所述的電池組，進(jìn)一步包括 第三端子，用于與所述外部電子設(shè)備執(zhí)行通信，其中經(jīng)由所述第三端子輸出所述剩余電池容量比。
8.如權(quán)利要求7所述的電池組，其中在利用恒定電壓充電所述蓄電池的情況下，所述控制部件根據(jù)達(dá)到所述蓄電池的 滿充電所需的電池容量與滿充電狀態(tài)下所述蓄電池的電池容量和此時所述蓄電池的電池 容量之間的差的比值計算所述調(diào)節(jié)值，其中使用關(guān)于電池容量的充電電流的變化量計算所述電池容量，和其中，在利用恒定電流充電所述蓄電池的情況下，將所述調(diào)節(jié)值設(shè)置為1。
9.如權(quán)利要求8所述的電池組，其中所述控制部件根據(jù)關(guān)于所述電池容量的充電電流的變化量與關(guān)于在開始使用所 述蓄電池時的電池容量的充電電流的變化量的比值來計算所述蓄電池的惡化程度，將計算 出的惡化程度存儲在所述存儲部件中，并且進(jìn)行更新。
10.如權(quán)利要求9所述的電池組，其中，在關(guān)于當(dāng)開始使用所述蓄電池時的電池容量的充電電流的變化量為0的情況 下，用關(guān)于所述電池容量的充電電流的變化量來替換關(guān)于當(dāng)開始使用所述蓄電池時的電池 容量的充電電流的變化量，并且將所述變化量存儲在所述存儲部件中。
11.如權(quán)利要求10所述的電池組，其中在檢測到所述蓄電池被充滿電的情況下，所述控制部件通過已經(jīng)預(yù)先存儲在所述 存儲部件中的初始滿充電容量與存儲在所述存儲部件中的惡化程度的乘積來計算所述滿 充電容量。
12.—種電池容量計算方法，包括初始化步驟，當(dāng)開始充電蓄電池時，判斷蓄電池的過去充電電流是否存儲在存儲部件 中，并且在未存儲過去充電電流的情形下，測量所述蓄電池的充電電流并存儲所述充電電 流以及在開始充電時獲得的充電容量；充電容量計算步驟，通過在每個特定循環(huán)中累計已經(jīng)在預(yù)定循環(huán)中流動的充電電流來 計算所述蓄電池的充電容量；電流變化量計算步驟，計算作為關(guān)于充電容量的充電電流的變化量的電流變化量；調(diào)節(jié)值計算步驟，判斷是否利用恒定電壓和恒定電流之一來充電所述蓄電池，當(dāng)利用 恒定電壓充電所述蓄電池時，基于測量出的充電電流以及在所述電流變化量計算步驟中計 算出的電流變化量來計算剩余充電容量，并且根據(jù)關(guān)于剩余充電容量的滿充電容量與所述 充電容量之間的差計算調(diào)節(jié)值，并且當(dāng)利用恒定電流充電所述蓄電池時，將所述調(diào)節(jié)值設(shè) 置為1 ；電池容量計算步驟，通過在每個特定循環(huán)中累計調(diào)節(jié)充電電流值來計算所述蓄電池的 電池容量，通過使用已經(jīng)在預(yù)定循環(huán)中流動的充電電流與所述調(diào)節(jié)值的乘積來計算所述調(diào) 節(jié)充電電流值；惡化程度計算步驟，根據(jù)關(guān)于所述充電容量的充電電流的變化量與關(guān)于在開始使用所 述蓄電池時的充電容量的充電電流的變化量的比值來計算所述蓄電池的惡化程度，在所述 存儲部件中存儲計算出的惡化程度，并且進(jìn)行更新；和滿充電容量計算步驟，通過已經(jīng)預(yù)先存儲在所述存儲部件中的初始滿充電容量和惡化 程度的乘積來計算所述滿充電容量，在所述存儲部件中存儲計算出的滿充電容量，并且在 檢測到所述蓄電池被完全充電的情況下進(jìn)行更新。
全文摘要
公開了電池組和電池容量計算方法。所述電池組，包括至少一個蓄電池；執(zhí)行充電和放電的第一端子和第二端子；放電控制開關(guān)，其由第一控制信號控制，用于導(dǎo)通/截止放電電流；充電控制開關(guān)，其由第二控制信號控制，用于導(dǎo)通/截止充電電流；和控制部件，用于檢測蓄電池的電壓、電流和溫度，通過輸出根據(jù)蓄電池的電壓、電流和溫度的第一控制信號和第二控制信號來控制充電控制開關(guān)和放電控制開關(guān)，并且計算蓄電池的電池容量?？刂撇考鶕?jù)蓄電池正在被充電、正在被放電和在滿充電狀態(tài)的各種情況，通過不同的方法計算蓄電池的電池容量。
文檔編號H02J7/00GK101807802SQ20101011840
公開日2010年8月18日 申請日期2010年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月12日
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