电池寿命终止确定的制作方法

专利名称：电池寿命终止确定的制作方法
技术领域：
以下内容主要涉及确定电池寿命终止。
背景技术：
电池驱动的用电器已经变得很普遍。在某些情况下，希望知道何时接近在电池驱 动的用电器中所用电池的寿命终止。例如，在使用电池驱动的计算机(诸如笔记本电脑) 时，知道何时接近电池寿命终止以便采取适当的措施有一定的作用。所述措施的示例包括 保存文件、关闭应用程序、关闭系统、提供外部电源、对电池充电以及其他措施。所述措施可 以手动实施或者自动实施。一些电池驱动的用电器，诸如笔记本电脑，在电池估算剩余寿命 下降到警告阈值以下时，可以提供电池剩余寿命视觉指示和/或听觉指示。已经采用了各种方案来估算在电池驱动的用电器中正在使用的电池的剩余寿命。 这些方案建立在闭路电压(CCV)、开路电压(0CV)、阻抗、电流随时间的变化、电压随时间的 变化和/或放电过程中失去的容量(库伦计数)之上。不幸的是，存在影响电池放电行为 的众多因素。例如，电池温度、放电速率、放电模式(电流、功率或负载)、放电间隔、单元与 单元之间的差异、电池初始充电状态、放电特性、放电过程中的温度变化、电池化学组成以 及其他因素。上述方案一般并不特别适合这些因素其中一种或多种，特别是相对于特定的 一次电池化学组成(诸如Li/FeS2)来说。因此，已经知道这些方案高估或低估了电池到达 功能终点的剩余寿命。因此，在一些情况下，电池驱动的用电器可能在采取任何措施之前关 闭，而在另一些情况下，这些措施可能提前实施。因此，应对以上因素和/或其他因素的电池寿命终止确定器这种需求尚未得到满 足。

发明内容
本申请的各个方面解决上述问题以及其他问题。在一个方面，用来确定电池寿命终止的方法包括确定给定时刻的电池放电容量； 确定电池功能终点的放电容量；和将给定时刻的电池燃料剩余量确定为给定时刻的所述放 电容量以及电池功能终点的所述电池放电容量的函数。所确定的燃料表示电池寿命终止。在另一方面，用来确定电池寿命终止的方法包括基于电池功能终点的放电容量 和给定时刻的放电容量，确定电池寿命终止，其中给定时刻的所述放电容量经由库伦计数 来确定。在另一方面，用来确定电池寿命终止的方法包括基于电池功能终点的放电容量 和给定时刻的放电容量确定电池寿命终止，其中给定时刻的所述放电容量基于电池闭路电 压和电池周围的温度来确定。在另一方面，电池驱动的用电器包括存储电池燃料计量指令的存储器；配置成接 收至少一个电池的电池接收区域，其中所述电池接收区域包括至少一个电触头，所述电触 头与插入所述电池接收区域中的电池电气通信；和与所述存储器和所述电池接收区域的所述至少一个电触头操作通信的处理器。所述处理器导致所述电池燃料计量指令执行，所述 电池燃料测量指令的执行至少部分地基于经由所述至少一个电触头获得的有关电池的信 息来估算安装在所述电池接收区域中的电池的剩余寿命。在确定的电池寿命低于预设燃料 水平时，所述处理器引发至少一个动作。所述电池燃料计量指令将电池寿命确定为电池放 电容量和所述电池功能终点的预期放电容量两者的函数。在一种示例中，所述电池由锂基 一次单元构成，更优选为二硫化铁锂单元。但是，也可以采用其他电池化学组成。在另一方面，电池驱动的用电器还包括至少一个光源，其中所述至少一个光源由 所述电池提供的动力照亮。在阅读并理解附带的描述内容之后，本领域技术人员将明白本申请的其他方面。


本申请借助示例进行例述，但并不限于附图中的图形，在附图中相同的附图标记 表示相同的元件，并且在附图中图1示出了确定电池寿命终止的示例电池燃料计量系统；图2示出了曲线图，其中的曲线为采用图1所示系统获得的电池实际剩余寿命相 对于所确定的电池剩余寿命的曲线；图3示出了利用图1所示系统进行燃料计量的示例方法；图4示出了确定电池寿命终止的另一种示例电池燃料计量系统；图5示出了曲线图，其中的曲线为采用图4所示系统获得的电池实际寿命终止相 对于所确定的电池寿命终止的曲线；图6示出了利用图4所示系统进行燃料计量的示例方法；图7示出了示例性电池驱动的电气用电器；图8示出了示例性电池驱动的照明电器；图9和10描绘了曲线图，所述曲线图示出了在一定的温度范围上进行的燃料计 量；图11描绘了曲线图，所述曲线图示出了对于不同的放电间隔进行燃料计量；图12和13描绘了曲线图，所述曲线图示出了针对单元设计差异的燃料计量；图14描述了曲线图，所述曲线图示出了对于部分放电的单元进行燃料计量；图15描绘了曲线图，所述曲线图示出了针对一步式或两步式放电进行燃料计量；图16描绘了曲线图，所述曲线图示出了针对不同放电速率进行燃料计量；图17描绘了曲线图，所述曲线图示出了针对温度变化进行燃料计量；图18和19描绘了曲线图，所述曲线图示出了基于不正确的电池化学组成进行燃 料计量；图20描绘了曲线图，所述曲线图示出了基于不正确的电池化学组成进行燃料计 量；图21至24描绘了曲线图，所述曲线图示出了放电容量曲线。
具体实施例方式以下内容涉及确定电池寿命终止(电池燃料计量)。所述确定方法可用于各种电池驱动的用电器，诸如照明电器(例如、闪光灯、台灯等)和非照明用电器(例如，游戏 机、手机、使用一次电池来给单独设备上的一个或多个二次电池充电的电池寿命扩展器、数 码相机、计算机等)。在一种情况下，所确定的电池寿命终止可以显示出来(例如，视觉、听 觉等)，以便电器的操作者可以基于所确定的电池剩余寿命采取适当措施(包括什么也不 做)。在另一种情况下，电路可以基于所确定的电池寿命终止而采取适当的措施(包括什么 也不做)。也考虑采取其他措施和/或反应。应该理解，文中所述用来确定电池寿命终止的方案可以用于针对可能影响确定电 池剩余寿命的各种因素而提供精确和/或可靠的燃料计量结果。所述因素包括但不限于， 电池温度、电池放电速率、放电模式、电池使用间隔、电池设计差异、电池初始状态(例如， 新或旧)、放电特性(例如，一步式或两步式)、电池运行状况(例如，良好或受损)和/或 其他因素中的一个或多个。首先参照图1，图中示出了在电池驱动的用电器中确定电池剩余寿命(电池燃料 剩余量)的电池燃料计量系统100的框图。如图所示，系统100包括闭路电压确定器102， 所述电压确定器可以确定任意给定时刻的电池闭路电压(CCV)或负载电压。系统100还可 以包括放电容量确定器104，其可以确定在任意给定时刻的电池的放电容量(Qm)。在所示 例子中，放电容量确定器104经由本领域公知的库伦计数确定Qm。但是，也可以使用用于测 量、估算、预测等或者确定放电容量的其他技术。一种替代方法将涉及了解正在被驱动的负 载大小并且在实验中单独将该负载施加到电池，以便了解所述电池承受所述负载时的放电 容量。所述系统100还包括功能终点容量确定器106，其确定电池的功能终点的容量 (Qfe)。在所示例子中，功能终点容量确定器106至少部分地基于所确定的CCV和确定的Qm 来确定Qfe。系统100进一步包括电池剩余寿命确定器108，其确定电池的剩余寿命(燃料 剩余量)。在所示例子中，电池剩余寿命确定器108至少部分地基于Qn^n Qfe确定电池剩余 寿命。但是，在另一些情况下，可以使用其他公知技术。正如以上简述，在所示例子中，功能终点容量确定器106基于所确定的CCV和Qd! 定Qfe。作为非限制性示例，在一种情况下，终点容量确定器106基于方程1来确定Qfe。公式1 Qfe ={AxQ2m) + {Bx CCV2) + (CxQmx CCV) + {DxQm) + {Ex CCV) + F其中A、B、C、D、E是系数或拟合常数。在所该示例中，方程1是二(2)阶多项式或 者二次方程。但是，线性和/或更高阶的方程，诸如三次、四次、五次等方程也考虑在内。为 了简洁和清晰，文中仅陈述示例二次方程。系数A、B、C、D、E和F可以通过不同方式确定。例如，所述系数可以经验确定，或 者基于实验和/或观测来确定。例如，在电池正在放电时，通过测量和/或记录电池随着时 间推移的各种运行特性而产生经验数据。也可以使用推理、统计、概率、预测和/或其他技 术。一组适当的系数的非限制性示例包括单不限于方程2中的系数。方程2 Qfe = (19966XQ2J + (-2.733 χ IO"4 χ CCV2) + (-4.909 χ Qm χ CCV) + (60232 χ Qm)+ (-7.278 χ CCV) + (-42449)其中Qfe和Qm部分的单位是毫安时(mAh)，而CCV的单位是伏特。要注意，上述系数已经针对Li/FeS2电池进行了调整。但是，应该理解，其他系数也可以用于Li/FeS2电池 和/或所述系数可以基于其他电池化学性质进行调整。这种方案预期特别适用于截至目前 的Li/FeS2系统，因为这种化学组成可以用于广泛的消费设备，并且所述化学组成并不适用 于其他消费用电器和/或一般一次电池且特别是碱性电池所用的许多当前公知的燃料计 量方式。如上所述，在例述示例中，电池寿命确定器108基于Qd^PQfe确定电池剩余寿命。 在非限制性的实例中，电池寿命确定器108基于方程3确定电池寿命终止(所确定的燃料 剩余量)。方程3 所确定的燃料剩余量=1-(Qm/QFE)，该方程的单位可以为燃料剩余量的百分比，或者采用其他单位，诸如实际剩余时 间或者相机能拍摄的照片数量。应该理解，其他参数和/或变量也可以包含在所述确定过程中。例如，在另一种实 例中，温度、电池类型、电池化学组成等可以额外地或替代地包含在所述确定过程中。图2示出了曲线图200，该曲线图描述电池实际剩余燃料与利用方程1-3所确定的 剩余燃料之间关系的曲线。在曲线图200中，y轴表示以总可用燃料百分比表示的电池实 际剩余燃料， 而χ轴表示以总可用燃料百分比表示的所确定的电池剩余燃料。基准线202 示出了曲线图200上实际剩余燃料和所确定的剩余燃料相等的点。曲线204示出了在大约 二十(20)摄氏度的温度时，实际燃料剩余量相对于所确定的燃料剩余量。注意，表示所确 定的燃料剩余量的曲线204在实际燃料水平的范围上基本上跟随基准线202。图3示出了基于以上参照图1和2所述的方案确定电池剩余寿命的流程图300。 应该理解，流程图300通过一系列的动作来描述。但是，应该理解，在各种情况中，一个或多 个动作可以省略和/或可以添加一个或多个动作，并且所述动作的顺序仅为例述目的并不 用于限制。在302处，电池驱动的用电器通电。在304处，确定电池的放电容量Qm。在一种非 限制性的实例中，经由测量或计算来确定Qm。例如，AA尺寸的Li/FeS2电池的放电容量在低 放电速率时为一个值，而在更高放电速率时为略微较小的值。施加在ZnMnO2 (碱性)电池上 的相同负载将产生不同的值。这些值可以通过实验工作获知并且可以在304处用于所述方 法。在306处，确定电池的CCV。在一种非限制性的实例中，CCV通过测量诸如借助模数转 换器ADC或者本领域技术人员知道的其他适当电路进行测量来确定。在308处，确定电池 的功能终点容量(Qfe)。如上所述，Qfe可以作为CCV和Qm的函数来确定，正如在方程1和2 中。在310处，确定燃料剩余量(FR)。如上所述，燃料剩余量(FR)可以作为Qd^PQfe的函 数来确定，正如在方程3中。确定的燃料剩余量(FR)可以(例如，视觉地和/或听觉地) 显示出来或者用作它用。例如，所确定的燃料剩余量(FR)可以连续显示或者按要求显示。在312处，确定的燃料剩余量(FR)与第一阈值Tl比较，所述第一阈值可以根据第 一燃料剩余水平来设定。如果确定的燃料剩余量(FR) > Tl，则操作循环回到304。但是， 如果FR < Tl，则在314处引发第一动作。适当的动作的示例是引发向操作者显示(例如， 视觉和/或听觉)消息。所述消息可以指示电池寿命已经下降到Tl (低电量警告)以下， 确定的燃料剩余量(例如，作为剩余燃料百分比、作为电池到达其寿命终止前估算的剩余 时间量)等。然后，在316处，所确定的燃料剩余量(FR)与第二阈值T2比较，所述第二阈值可以根据第二燃料剩余水平设定。如果确定的燃料剩余量(FR) >T2，则操作循环回到 304。但是，如果FR <Τ2，则在318处引发第二动作。适当的动作示例是关断电池驱动的用 电器。所述动作可以包括在电池驱动的用电器关断之前或与之同时保存状态信息。应该理解，动作312-316为可选动作，并且可以省略。在这种情况下，所确定的燃 料剩余量(FR)仍然可以显示(例如，视觉和/或听觉)或者用作它用，如上所述。可选地，可以实施初始检查来判断电池是否应该更换。在这种情况下，可以向操作 者提供消息，并且可以在不执行动作304-306的情况下关断用电器。现在转到图4，图中示出了确定电池驱动的用电器中的电池寿命(燃料剩余量)终 止的另一种电池燃料计量系统400的框图。如图所示，系统400包括确定电池周围的温度的温度确定器402。温度确定器402 可以包括测量温度T的传感器和/或预测、估算、接收、获取或以其他方式确定温度T的其 他部件。系统400进一步包括终点容量估算器404，所述估算器404确定在任意给定时刻到 达电池功能终点(Qfe)的预期放电容量。在所示例子中，Qfe是所确定的温度T的函数。系 统400还包括闭路确定器406，其确定任意给定时刻电池的闭路电压(CCV)。所述系统400 还包括放电容量确定器408，其确定任意给定时刻电池的放电容量(Qm)。在所示例子中，Qm 是所确定的CCV和温度T的函数。所述系统进一步包括电池剩余寿命确定器410，其确定电 池寿命终止(剩余燃料)。在所示例子中，燃料剩余量是确定的Qm和Qfe的函数。如上所述，在所示例子中，终点容量确定器404基于确定的CCV和T来确定QFE。作 为非限制性示例，在一种实例中，终点容量确定器404基于方程4确定Qfe。方程4 Qfe = (AX T3) + (BX T2) + (CXT) +D,其中A、B、C和D为系数或者拟合常数。在该示例中，方程4是三(3)阶多项式，或 者三次方程。但是，文中也考虑了线性、二阶和/或更高阶的方程。系数A、B、C和D可以如 上面针对方程1所讨论的那样以不同方式确定。适当的系数的示例包括但不限于方程5中 的系数。方程5 Qfe= (3. IlX IO-3XT3)+ (-0. 7892XT2) + (37. 33XT)+2295,其中Qfe的单位为mAh，而T的单位为摄氏度。与方程2相同，上述系数针对特别 应用场合的Li/FeS2电池进行了调整，并且应该理解其他系数可以用于Li/FeS2电池和/或 可以根据两种或更多种不同电池化学组成调整所述系数。放电容量确定器408基于确定的CCV和T来确定Qm。作为非限制性示例，在一种 示例中，放电容量确定器408基于方程6来确定Qm。方程6 Qm = (AX CCV X T2) + (BX CCV2) + (CXT) +(DX TX CCV)+ (EX CCV)+ (FXT)+G其中A、B、C、D、E、F和G为系数或拟合常数。在该示例中，方程6是二次方程，但 是线性和/或更高阶的方程也在文中进行了考虑。系数A-G可以如以上针对方程1所述那 样通过各种方式确定。适当系数的示例包括但不限于方程7中的系数。方程7
Qm = (2. 464 X CCV X T2) + (_11047 X CCV2) + (-3. 086 XT) +(44. 44 X T X CCV) + (16269 X CCV) + (-5. 837 XT) + (-2333)其中(^的单位是mAh，CCV的单位是伏特，而T的单位是摄氏度。同样，这些系数 已经针对Li/FeS2电池进行了调整，但是其他系数也可以用于Li/FeS2电池和/或可以基于 两种或更多不同电池化学组成调整所述系数。如上所述，在例述示例中，电池剩余寿命确定器410基于Qd^PQfe确定电池剩余寿 命。在一种非限制性示例中，电池寿命确定器410基于方程8确定电池寿命终止(或者所 确定的燃料剩余量)。方程8 所确定的燃料剩余量=1-(Qm/QFE)，其中单位是百分比或者其他单位。图5示出了曲线图500，曲线图500具有电池中实际剩余燃料相对于利用方程4至 8确定的所确定的剩余燃料的曲线。在曲线图500中，y轴表示电池中以总可用燃料的百 分比表示的实际燃料剩余量，而χ轴表示电池总可用燃料百分比表示的所确定的燃料剩余 量。基准线502示出了在曲线图中实际燃料剩余量和所确定的燃料剩余量相等的点。曲线 504示出了在大约二十(20)摄氏度的温度时，实际燃料剩余量相对于所确定的燃料剩余量 的关系。类似于曲线图200中的曲线204，表示所确定的燃料剩余量的曲线504在实际燃料 水平的范围上跟随基准线502。还要注意，在实际电池寿命终止附近，所确定燃料剩余量基 本上跟随基准线502，在曲线图的这个区域靠近百分之零(0)的燃料剩余量。图6示出了基于参照图4和5所述的方案确定电池剩余寿命的流程图600。与图 3中一样，流程图600通过非限制性的一系列动作来描述，动作可以被添加、减少和/或以其 他方式改动。在602处，电池驱动的用电器通电。在604处，确定温度T。确定温度可以通过温 度传感器或其他设备来实现。在606处，确定电池的CCV。在一种非限制性的实例中，CCV 通过测量来确定。在608处，确定电池的终点容量Qfe。如上所述，Qfe可以像方程4和5中 一样作为T的函数来确定。在610处，确定电池的放电容量Qm。如上所述，Qm可以像方程6 和7中一样作为CCV的函数来确定。在612处，确定电池的确定燃料剩余量(FR)。如上所 述，燃料剩余量(FR)可以像方程8中一样作为Qfe和Qm的函数来确定。所确定的燃料剩余 量(FR)可以(例如，视觉和/或听觉地)显示出来或者用作它用。例如，所确定的燃料剩 余量(FR)可以连续显示或者按要求显示。在614处，确定燃料剩余量(FR)与第一阈值Tl比较，所述第一阈值可以根据第一 燃料剩余水平来设定。如果确定燃料剩余量(FR) > Tl，则操作循环返回到604。但是，如 果FR<T1，则在616处，引发第一动作。适当动作的示例是引发向操作者(例如，视觉和/ 或听觉地)显示消息。所述消息可以指示电池寿命已经下降到Tl (低电量警告)以下，确 定剩余燃料(例如，作为剩余燃料的百分比、作为电池达到寿命终止之前的估算剩余时间 量等)。然后，在618处，确定燃料剩余量(FR)与第二阈值T2比较，所述第二阈值根据第二 燃料剩余水平设定。如果确定燃料剩余量(FR) >T2，则操作循环返回到604。但是，如果 FR <Τ2，则在620处，引发第二动作。适当的动作示例是关断电池驱动的用电器。该动作 可以包括在关断电池驱动的用电器之前或与之同时保存状态信息。
应该理解，动作614-620是可选的并且可以省略。在这种情况下，确定燃料剩余量 (FR)仍然可以(例如，视觉和/或听觉地)显示或以用作它用，如上所述。可选地，可以实施初始检查以判断是否需要更换电池。在这种情况下，可以向操作 者提供消息并且可以在实施动作604-620之前关断用电器。图7示出了电池驱动的用电器700的示例，所述用电器可采用文中所述的燃料计 量方案。所述电池驱动的用电器700包括处理器704，诸如微处理器、中央处理单元(CPU) 或其他处理单元。存储器706可以用来存储一条或多条燃料计量指令708，诸如文中描述的 那些指令以及其他数据。例如，用于文中所述方程的一组或多组系数也可以存储在存储器 706中。在一种实例中，至少第一组系数适配第一电池化学组成，而至少第二组系数适配第 二电池化学组成。在例述示例中，处理器704导致所述一条或多条燃料计量指令708执行。电池接收区域710构造成接收一个或多个电池。电池接收区域710可以接受单 独的一次电池(不可再充电)、单独的二次电池(可再充电)、电池组，或者可替代的单 独的一次电池、单独的二次电池或电池组。文中所述燃料计量技术可以用于基本上任何 化学电池，包括但不限于锂离子二硫化物(Li/FeS2)、镍金属氢化物(NiMH)、羟基氧化镍 (NiOOH)、锌 / 二氧化锰(zinc manganese dioxide) (Ζη/Μη02)、碳化锌(CZn)、二氧化锌锰 (zinc-manganese dioxide)、锂离子(Li-Ion)、镍镉(NiCd)、锌空气、锌空气棱镜体以及其 他化学组成。适当尺寸的电池包括AAA、AA、C、D、N、9伏、纽扣电池和提灯电池和任何其他 尺寸的电池。输出部件712，诸如显示器、一个或多个LED、扬声器等，显示人类可理解的格式的 信息。输入部件714允许操作者向电气用电器提供输入。所述输入部件可以是专用“燃料 计量请求”按键或者其他使用者可促动的具有其他功能的用于所述设备的输入件，诸如通 电/截止(On/Off)开关或模式开关。所述输入包括通电和截止所述用电器，引发一个或多 个动作等。温度传感器702可以被包含在内以确定温度。在燃料计量不使用温度的情况下， 可以省略温度传感器702。可选地，可以包括电池化学组成识别器。在这种情况下，电池化学组成也可以用于 燃料计量。电池化学组成识别可以借助使用者的输入(诸如选择器开关或在处理器代码和 存储器中的选择选项)来进行。可替代地，电池化学组成识别可以借助在设备引入于电池 上的一个或更多个不同负载下电池进行的自动测量来完成。电池对于负载变化的响应与电 池开路电压和闭路电压相结合，可以用来确定电池化学组成。一旦通过手动或自动方式识 别出电池化学组成，则可以在燃料计量计算过程中使用一组正确的燃料计量系数。在操作中，处理器704与存储器706通信，并引发执行一条或多条燃料计量指令 708。获得与电池相关的各种参数，并且确定燃料剩余量值。所述确定可以随着时间推移重 新计算，例如连续计算、周期性计算、非周期性计算、按要求计算和/或其他计算方式。在满 足预设标准时和/或其他情况下，输出部件712可以由例如电器操作者经由输入部件714 而连续地或按要求地显示所确定的燃料剩余量。也可以显示其他信息，诸如消息。在其他 情况下，燃料计量信息可以经过网络通信、无线通信等传送。在另一种情况下，处理器704 可以基于所述燃料计量信息而额外或替代地进入各种操作模式，诸如进入低功率模式、休 眠模式等。图8示出了电池驱动的照明电器示例800，所述照明电器可以使用文中所述的燃料计量方案。电池驱动的照明电器800类似于电池驱动的用电器700，不同之处在于，电池 驱动的照明电器800还包括一个或多个光源802，所述光源被电池接收区域710内的电池或 者其他动力驱动。所述一个或多个光源802可以包括各种类型的光源，包括但不限于，发光 二极管(LED)、白炽灯、荧光灯等。光源802可以用于例如借助闪光、变暗等来指示燃料计量信息。此外，所述处理器 可以启动低功率模式，其中由光源802产生的光根据燃料计量信息而减少。如上所述，各种因素可能影响电池寿命终止的确定，并且所述因素包括电池温度、 电池放电速率、放电模式、电池使用间隔、相同化学组成的电池之间的差异、电池初始状态 (例如，新或者旧)、放电特性(例如，一步式或两步式)、电池运行状况(例如，良好或受损) 和/或其他因素之中的一种或多种。注意，额外的光源可以作为在有关化学组成检测部分 所讨论的负载。以下讨论内容讨论与所述因素有关的燃料计量方案。为了例述目的，文中所 述的方案针对y轴表示实际燃料剩余量而χ轴表示所确定的燃料剩余量的曲线图来讨论。 注意，曲线可以基于系数和/或其他参数而发生变化。温度图9和10示出了曲线图，所述曲线图具有针对在图1至6中讨论方案，在负二十 (-20)摄氏度到四十(40)摄氏度的范围上实际燃料剩余量相对于所确定的燃料剩余量的 曲线。在图9中，所述曲线建立在针对图1至3讨论的方案的基础上。用于该曲线的温度 大约为负二十(-20)摄氏度、零(0)摄氏度、二十(20)摄氏度和四十(40)摄氏度。注意， 所述曲线基本上跟随实际燃料剩余量和所确定的燃料剩余量相等的点。在图10中，所述曲线建立在针对图4至6讨论的方案的基础上。同样，用于该曲线 的温度大约为负二十(-20)摄氏度、零(0)摄氏度、二十(20)摄氏度和四十(40)摄氏度。 还是要注意，所述曲线跟随实际燃料剩余量和所确定的燃料剩余量大致相等的点。放电间隔图11示出了曲线图，所述曲线图中的曲线是采用针对图1至3讨论的方案，对于 不同放电间隔而言，实际燃料剩余量相对于所确定的燃料剩余量的曲线。曲线的放电速率 是连续的、10秒每分钟(10s/min)、5分钟每小时(5min/hr)和1小时每天(lhr/day)。注 意，所述曲线基本上跟随实际燃料剩余量和所确定的燃料剩余量大致相等的点。单元设计差异已经知道，制造商可以与时俱进地改变单元设计，例如改善性能、可靠性等。图12 和13示出了曲线图，其中的曲线是对于分别用于参照图1至6讨论的方案的不同单元设计 而言，实际燃料剩余量相对于所确定的燃料剩余量的曲线。在图12中，对应于图1-3方案 的曲线基本上跟随实际燃料剩余量与所确定的燃料剩余量大致相等的点。在图13中，对应 于图4至6方案的曲线跟随着点，然而更为接近地跟随表示电池寿命终止的点。在一种情 况下，曲线图的这一部分更为重要，因为通常希望在电池放电超过其功能容量之前告知使 用者和/或实施动作。部分放电的单元图14示出了曲线图，其中的示例曲线是用于参照图1至6讨论的方案的部分放电 的电池的实际燃料剩余量相对于所确定的燃料剩余量的曲线。注意，所述曲线良好地跟随接近电池寿命终止的点。对于例述曲线而言，假设单元在500mA下放电2小时，以消除1000 毫安时(mAh)的容量，并且在再次放电之前，在10(10)摄氏度的温度下存放10天。两步式放电一些单元的放电行为包括两个放电平台。例如，已知的是，Li/FeS2单元在以高温 和/或非常低的速率放电时，所述单元的放电行为包括两个放电平台。图15示出了与图1 至3的方案对应的曲线，对于一步式放电1502和两步式放电1504和1506而言，该曲线跟 随实际燃料剩余量和所确定的燃料剩余量大致相等的点。放电速率在一些用电器(诸如烟雾探测器)中，预期电池寿命可能超过十(10)年。在如此 低的放电速率下的放电曲线可能与以相对较高速率或中等速率放电的曲线差别非常大。如 图16所示，文中的方案在较低速率下跟随实际燃料剩余量和所确定的燃料剩余量大致相 等的点。例述曲线覆盖从10 μ A到300mA的放电速率。放电过程中的温度变化图17示出了温度变化对于确定燃料剩余量的影响。就图17而言，对于50mA的连 续放电，温度变化在每6个小时二十(20)摄氏度到负二十(-20)摄氏度之间。注意，温度 差异对于确定燃料剩余量具有决定性影响。不正确的化学组成图18和19示出了电池化学组成对燃料剩余量的影响。就图18和19而言，假设 用于燃料计量方程的系数已经特别为锂(Li/FeS2)电池进行了调整。所述曲线表示对于镍 金属氢化物(NiMH)、氢氧(oxyride)、锌/ 二氧化锰(ZincManganese Dioxide) (Ζη/Μη02)和 锂(Li/FeS2)电池的响应。图18示出了关于图4至6的燃料计量方案的曲线，而图19示 出了关于图1至3的燃料计量方案的曲线。注意，如果在所显示的确定燃料剩余量的10% 处给出低电量警告，则实际燃料剩余量可能在5%到20%的范围内。在图20中，用于每一 条曲线的系数利用图1至3的方案对于相应的电池化学组成进行了调整。注意，从放电开 始到结束对电池进行了精确的燃料计量。图21至24示出了实际放电曲线的示例。注意， 放电曲线可能差异很大。本申请已经参照各种实施方式进行了描述。在阅读本申请后，将可以进行其他改 动和替换。本发明意在理解为包括全部此类改动和替换，包括落入附带的权利要求书及其 等同物的范围内的全部改动和替换。
1权利要求
一种用于确定电池寿命终止的方法，包括确定给定时刻的电池放电容量；确定电池的功能终点的放电容量；和将给定时刻的电池的燃料剩余量确定为，给定时刻的所述放电容量以及在电池的功能终点处的电池的放电容量的函数，其中所确定的燃料剩余量指示电池寿命终止。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括根据如下函数确定电池中的燃料剩余量给定时刻的放电容量、功能终点的电池放电容量
3.如权利要求1或2所述的方法，进一步包括将电池的功能终点的放电容量确定为， 所确定的给定时刻电池放电容量和电池闭路电压两者的函数。
4.如权利要求1或2所述的方法，进一步包括确定电池的闭路电压，其中电池功能终 点的放电容量是所述给定时刻电池放电容量和所述电池闭路电压两者的函数。
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述给定时刻的放电容量经由库仑计数 来确定。
6.如权利要求1或2所述的方法，进一步包括 确定电池温度；将电池的功能终点处的放电容量确定为所确定的温度的函数。
7.如权利要求1或2所述的方法，进一步包括 确定电池的闭路电压；确定电池周围的温度；将所述给定时刻的电池的放电容量确定为所确定的闭路电压和所确定的温度两者的 函数。
8.如权利要求1至7任一项所述的方法，进一步包括在所确定的燃料剩余量低于预 设燃料阈值时，输出信号，其中所述信号指示所述燃料剩余量。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述信号是视觉消息和听觉消息中的至少一种。
10.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法在电池驱动的设备 中执行，并且进一步包括，在所确定的燃料剩余量低于预设燃料阈值时，自动关断所述电池 驱动的设备。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述电池驱动的设备使用来自所述电池 的动力来操作所述电池驱动的设备的至少一个电气部件。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述电池驱动的设备包括至少一个光源， 并且来自所述电池的动力用于照亮所述光源。
13.如权利要求1至12中任一项所述的方法，进一步包括 确定所述电池的化学组成；和将所述电池的所述燃料剩余量确定为所述电池的功能终点的所述放电容量、所述电池 的放电容量和所述电池的化学组成三者的函数。
14.如权利要求1至13中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法用于对电气设备的电池进行燃料计量，并进一步包括在所述电池中所确定的燃料剩余量低于第一预设燃料水平时，提供低电量警告；和 在所述电池中所确定的燃料剩余量低于第二预设燃料水平时，切断所述电气设备的动力，其中所述第一预设阈值大于所述第二预设阈值。
15.一种用于确定电池寿命终止的方法，包括基于电池功能终点的放电容量和给定时刻的放电容量两者来确定电池寿命终止，其中 所述给定时刻的放电容量经由库仑计数来确定。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述电池的寿命终止为以下函数I-(OAIfe)，其中Qm是所述给定时刻的放电容量，而Qfe是所述电池功能终点的放电容量。
17.如权利要求15或16所述的方法，其特征在于，所述功能终点的放电容量基于电池 的闭路电压和所述给定时刻的放电容量来计算。
18.如权利要求15或16所述的方法，其特征在于，所述功能终点的放电容量为下式的 函数(AxQ2m) + (BxCCV2) + (CxQmxCCV) + (DxQm) + (ExCCV) + F其中A、B、C、D、E和F是拟合常数，Qffl是所述给定时刻的放电容量，而CCV是所述电池 的闭路电压。
19.一种用于确定电池寿命终止的方法，包括基于电池的功能终点的放电容量和给定时刻的放电容量两者来确定电池寿命终止，其 中所述给定时刻的放电容量基于电池的闭路电压和电池周围的温度来确定。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述电池的寿命终止是如下函数I-(OAIfe)，其中Qm是所述给定时刻的放电容量，而Qfe是所述电池的功能终点的放电容量。
21.如权利要求19或20所述的方法，其特征在于，所述功能终点的放电容量基于所述 温度计算。
22.如权利要求19或20所述的方法，其特征在于，所述功能终点的放电容量是下式的 函数(axt3) + (bxt2) + (cxt) +d,其中A、B、C和D是拟合常数，而T是所述温度。
23.如权利要求19至22中任一项所述的方法，其特征在于，所述给定时刻的放电容量 是下式的函数(A X CCV X T2) + (B X CCV2) + (C X T) + (D X T X CCV) + (EX CCV) + (FXT) +G, 其中A、B、C、D、E、F和G是拟合常数，CCV是所述闭路电压，而T是所述温度。
24.一种电池驱动的用电器(700、800)，包括 存储电池燃料计量指令的存储器(706)；电池接收区域(710)，所述电池接收区域配置成接收至少一个电池，其中所述电池接收 区域包括至少一个电触头，所述电触头与插入所述电池接收区域中的电池电气通信；和 与所述存储器和所述电池接收区域的所述至少一个电触头操作通信的处理器(704)；其中所述处理器导致所述电池燃料计量指令的执行，所述电池燃料计量指令的执行至 少部分地基于经由所述至少一个电触头获得的有关所述电池的信息来确定安装在所述电 池接收区域中的电池的剩余寿命，并且在所述电池的所确定的剩余寿命低于预设燃料水平 时，所述处理器引发至少一个动作；和其中所述电池燃料计量指令将所述电池的剩余寿命确定为所述电池的放电容量和所 述电池的功能终点的预期放电容量两者的函数。
25.如权利要求24所述的电池驱动的用电器，进一步包括至少一个光源(802)，其中 所述至少一个光源利用所述电池提供的动力点亮。
26.如权利要求24或25所述的电池驱动的用电器，进一步包括输出部件(712)，所述 输出部件输出指示所述电池的所确定的剩余寿命的信号。
27.如权利要求24至26中任一项所述的电池驱动的用电器，其特征在于，所述至少一 个动作包括输出指示所确定的所述电池的剩余寿命的信号和切断所述电池驱动的用电器 的动力中的至少一个。
28.如权利要求24至27中任一项所述的电池驱动的用电器，进一步包括电池化学 组成确定器，所述电池化学组成确定器确定与所述电池接收区域的所述至少一个电触头电 气通信的所述电池的化学组成，其中所述存储器还存储针对所述电池燃料计量指令所采用 的至少两组电池燃料计量系数，其中所述至少两组系数根据两种不同电池化学组成进行调 整，并且所用的一组系数建立在所确定的电池化学组成的基础上。
29.如权利要求24至28中任一项所述的电池驱动的用电器，其特征在于，所述至少一 个电池基本上由锂基一次电化学单元构成。
30.如权利要求24至28中任一项所述的电池驱动的用电器，其特征在于，所述至少一 个电池基本上由二硫化铁锂电化学单元构成。
31.如权利要求24至30中任一项所述的电池驱动的用电器，其特征在于，所述电池对 负载变化的响应结合电池开路电压以及闭路电压用于确定所述电池化学组成。
全文摘要
一种用于确定电池寿命终止的方法，包括确定给定时刻的电池放电容量；确定电池功能终点的放电容量；和将给定时刻的电池燃料剩余量确定为给定时刻的所述放电容量以及电池功能终点的所述电池放电容量的函数。所确定的所述燃料剩余量指示电池寿命终止。
文档编号H01M6/50GK101925829SQ200880125572
公开日2010年12月22日 申请日期2008年4月9日 优先权日2008年1月25日
发明者彼得·F·霍夫曼, 郑广宏 申请人:永备电池有限公司