专利名称：蓄电池充电方法、蓄电池剩余容量比率计算方法及电池组的制作方法
技术领域：
本发明涉及蓄电池充电方法、蓄电池剩余容量比率的计算方法以及电池组。
背景技术：
目前，对于许多使用电池的装置来说，在用户的家里等使用可充电蓄电池并且用充电装置对该可充电蓄电池进行充电。这些装置被设置为通过灯的颜色、闪烁或液晶显示方式等指示正在进行充电或充电完成，或者被设置为给出电池容量的指示用于使用户知道大致的剩余可使用时间。
检测蓄电池充电容量和剩余容量的方法可以包括积分法和电压法，在积分法中，通过求出电流或功率输出的积分来计算充电容量，而在电压法中，通过测量电池电压来执行是否已经达到完全充电的确定。
如上所述，积分法就是对电流或功率输出积分，因此可以不受电压波动的任何影响，检测出绝对充电容量，由此使充电容量的检测容易。而且，如图1中所示，在充电过程的初期充电比率(充电容量)呈线性增加，从而可以准确地执行充电比率的计算。
另一方面，在电压法中，例如在锂离子电池的情况下，定义成如果电池开路电压达到4.2V/单元电池，则达到完全充电。对于含有大量单元电池的可充电电池的情况来说，完全充电定义为一个单元电池的电池开路电压达到4.2V。因此，电压法通过测量开路电压来确保完全充电的检测。
为了在电压测量中更精确地检测电压值，优选是在测量不与负载连接时的电压过程中停止电流供应。然而，因为它需要复杂的控制，实际上在大多数情况下难以停止电流供应。即使停止用于充电的电流供应，电池内部的极化电压也不稳定，由此妨碍了对正确开路电压的计算。鉴于上述，可以使用一种在不停止充电电流供应的情况下，测量充电电流和电池电流Imp(阻抗)以检测充电比率的方法。
上述方法假定通过从测量的单元电池电压中减去由电池内部电阻和充电电流引起的电压增加量，来计算开路电压。这使得能够对完全充电进行稳定检测。
然而，作为一个必要条件，利用上述积分法的充电方法需要准确地知道组件的整体充电容量。因此，如果整体充电容量由于退化而降低或随着周围环境的温度而波动，则难以正确地检测完全充电，并且不能正确地计算。
而且，如果在充电过程中出现测量错误，如图1中所示，则充电比率不会达到100％，导致不能准确地检测完全充电。
在使用电压法的情况中，如果充电电流小也可能计算开路电池。然而，如图2所示，随着充电电流值增加，由于电池直流Imp中的错误或由充电电流产生的电池单元的自身发热，引起电池电流Imp发生波动，由此妨碍了获得正确的开路电压，并且导致不能准确地检测充电比率。
检测蓄电池剩余容量的可用方法包括使用电压法、通过测量电池电压来检测蓄电池剩余容量的检测方法，和使用积分法，通过测量且积分电压和电流来计算蓄电池剩余容量的检测方法。
利用电压法的剩余容量检测就是测量电池单元的终端电压，然后根据该电压和蓄电池的电池容量之间(剩余容量比率)的相关性计算剩余容量，使得例如在锂离子电池的情况下，如果电池电压达到4.2V/单元电池，则可以判断电池出于完全充电状态，或者如果电池电压降到2.4V/单元电池，则可以判断电池出于过放电状态，由此使测量变得容易。
另一方面，利用积分法的剩余容量检测可以分为测量电流、然后将测量的电流对每个一定时间进行积分的电流积分法，以及测量电流和电压、然后将测量的电压乘以测量的电流计算出功率输出，再将计算出的功率输出对每个一定时间进行积分的功率积分法。对于在计算放电电流或放电功率输出之后，根据计算的放电电流或放电功率输出与电池中假定的有用电流或功率输出的比率，计算蓄电池的剩余容量来说，上述积分法都是有效的，由此提供了不受电压波动影响的、稳定的剩余容量检测。
然而，使用电压法的剩余容量检测产生一个缺陷，它会使得在放电期间，在蓄电池的中间电势范围内的剩余容量检测中，准确性极大地下降。例如在锂离子电池情况下，这是因为如图9所示，在中间电势范围中的电压实质不变，从而没有产生大的电压差，导致难以通过使用电压来检测剩余容量。
此外，使用积分法的剩余容量检测也产生另一个缺陷，使得在到达放电末期时剩余容量的检测准确性下降。这是因为电压和电流的测量误差或热损失导致的误差和积分电流或功率一起被累积，从而在放电末期引起大的误差，导致准确性的下降。
鉴于上述，使用另外一种方法，其中通过利用积分法与电压法相结合来测量放电容量。这种检测方法通过从充电过程开始直到接近完全充电时使用积分法，然后当接近完全充电时将积分法切换到电压法，提供对充电容量的检测，其允许在上述方法的效果分别达到最大化的区域执行测量。
此外，使用另外一种利用积分法与电压法相结合的方法来检测电池容量。如果蓄电池的电流显示为较小的值，则电压法在容量计算方面提供了高准确性，反之如果上述电流显示为较大的值，它会因为直流Imp(阻抗)随着周围环境温度的波动或者在电池内部Imp的波动等，而不会获得准确的开路电压，由此妨碍了准确地计算电池容量。而且，如果蓄电池的电流显示较大的值，则积分法在容量计算方面提供了高度准确性，反之它使得积分误差随着电流的降低而增加，导致容量计算的准确性降低。
在国际公开专利No.98/056059的小册子中，描述了利用电流积分法和电压法相结合对电池容量进行测量的方法。考虑到如果电池容量处于接近为空的状态则电流输出显示为恒定值，并且随着电池容量接近完全充电附近而降低，上述现有技术中描述的检测方法建议，如果电流输出小于规定的电流值，则使用电压法，并且如果电流输出大于规定的电流值，则使用电流积分法。通过在电压法和积分法之间切换来测量电池容量，这个检测方法可以提供增加的准确性。
发明内容
然而，存在这样一种情况，其中在上述利用积分法和电压法相结合的检测方法中，从积分法到电压法的切换并没有总是在由积分法测得的充电容量(或充电比率)和由电压法测得的充电容量(或充电比率)之间达到一致，由此导致当进行转换时，在测量的值之间引起某些中断。此外，在逐渐进行从积分法到电压法的转换的情况下，有为了使上述彼此不一致的测量值连续起来而强制纠正所测量的值的方法，从而也具有使得充电容量或充电比率的测量准确性下降，从而妨碍充电过程的缺陷。
因此，需要提供一种蓄电池或电池组的充电方法，即使发生可充电电池退化或环境改变，其也能够准确地充电至完全充电状态。而且，需要提供一种准确检测充电容量或充电比率的蓄电池或电池充电方法。
在放电期间检测剩余容量的较低准确性带来了一个缺陷，使得显示在装置显示器上的剩余可用时间或电池容量会降低的太快，从而妨碍了装置使用到预估算的时间。尤其是，在含有电池组的作为商品的装置中，在剩余容量或剩余容量比率的测量中发生的误差会妨碍商业使用，因而需要具有极高准确性的剩余容量检测。
因此，需要提供一种计算蓄电池或电池组剩余容量的方法，其使得剩余容量或者剩余容量比率的检测具有更高的准确性。
根据本发明第一实施例，提供了一种蓄电池的充电方法。该方法包括使用积分法对蓄电池的充电比率进行检测，其中通过对该蓄电池的电流值或功率值积分一定时间来计算电池容量；使用电压法对蓄电池的充电比率进行检测，其中测量蓄电池的电压值，并且根据该电压值和充电比率之间的相互关系计算充电比率；以及根据蓄电池的充电比率，将由积分法检测的充电比率与由电压法检测的充电比率进行加权相加，由此检测最终的充电比率。
根据本发明的第二实施例，提供一种具有蓄电池的电池组。该电池组包括可对蓄电池的电压和电流进行测量的测量单元；以及电池容量计算单元。电池容量计算单元包括使用积分法检测蓄电池充电比率的检测装置，其中通过对该蓄电池的电流值或功率值积分一定时间来计算电池容量；使用电压法检测蓄电池充电比率的检测装置，其中测量蓄电池的电压值，然后根据该电压值和充电比率之间的相互关系计算充电比率；以及用于根据蓄电池的充电比率，将由积分法检测的充电比率与由电压法检测的充电比率进行加权相加，由此检测最终充电比率的装置。
根据本发明的第三实施例，提供一种检测蓄电池剩余容量比率的方法。该方法包括使用积分法对蓄电池的剩余容量比例进行检测，其中通过对蓄电池的电流值或功率值积分一定时间计算电池容量，以及使用电压法对蓄电池的剩余容量比率进行检测，其中测量蓄电池的电压值，并且根据该电压值和剩余容量比率之间的相互关系计算剩余容量比率；以及根据蓄电池的剩余容量比率，将由积分法检测的剩余容量比率与由电压法检测的剩余容量比率进行加权相加，由此检测最终的剩余容量比率。
根据本发明第四实施例，提供一种具有蓄电池的电池组。该电池组包括可对蓄电池的电压、电流和温度进行测量的测量单元；和电池容量计算单元。电池容量计算单元包括使用积分法检测蓄电池剩余容量比率的检测装置，其中通过对蓄电池的电流值或功率值积分一定时间来计算电池容量；使用电压法检测蓄电池剩余容量比率的检测装置，其中测量蓄电池的电压值，然后根据该电压值和剩余容量比率之间的相互关系计算剩余容量比率；以及用于根据蓄电池的剩余容量比率，将由积分法检测的剩余容量比率与由电压法检测的剩余容量比率进行加权相加，由此检测最终剩余容量比率的装置。
根据本发明，可以从充电过程的早期以高度准确性计算电池的充电比率，并且可以准确地检测完全充电。
而且，根据本发明，即使通过功率积分法(或者电流积分法)获得的电池剩余容量包括一些误差，当放电过程接近过程末期时可以通过电压法进行纠正，从而可以提供对剩余容量的高准确度检测。
通过下面结合附图对本发明当前的示范性实施例进行的描述，本发明的上述和其他目的、特征和益处将变得更加显而易见，其中图1为曲线图，示出在现有技术中，积分法中的充电时间、电池的充电比率、电压和电流；图2为曲线图，示出在现有技术中，电压法中的充电时间、电池的充电比率、电压和电流；图3为示意图，示出应用了本发明实施例的电池组结构示例；图4为示意图，示出用于以更高准确性执行电流积分或功率积分的构造；图5为流程图，示出用于以更高准确性执行电流积分或功率积分的过程的步骤；图6说明在使用涉及余数相加的积分法的处理情况中，数据积分的示例；图7为流程图，示出应用了本发明实施例的充电方法流程；图8为曲线图，示出如果根据本发明实施例执行蓄电池充电过程的话，电流、电压和充电比率的示例；图9为曲线图，示出在使蓄电池放电的情况下，电压和剩余容量；图10为曲线图，示出蓄电池的放电电压和取决于该放电电压的可靠性系数之间的关系；图11为曲线图，示出按照电压法的蓄电池剩余容量比率和取决于该按照电压法的蓄电池剩余容量比率的可靠性系数之间的关系；图12为曲线图，示出蓄电池的温度和取决于该温度的可靠性系数之间的关系；图13为曲线图，示出按照电压法的蓄电池剩余容量比率和对于每个温度的电压法可靠性之间的关系；图14为曲线图，示出电压和在放电期间的蓄电池剩余容量比率，连同检测通过应用本发明实施例获得的电压法可靠性和剩余容量的方法；以及图15为流程图，示出利用电压法可靠性计算s剩余容量的方法。
具体实施例方式
现在参考附图对本发明的实施例进行描述。
图3为说明应用了本发明实施例的电池组结构示例的示意图。
在充电时，图中示出的电池组被安装在充电装置中，其中正极端子1和负极端子2分别与充电装置的正极端子和负极端子连接以开始充电。而且，当用电子设备利用该电池组进行操作时，就像充电时的连接一样，电池组的正极端子1和负极端子2与电子设备的正极端子和负极端子连接以开始放电。
电池组包括电池单元7、微计算机10、测量电路11、保护电路12、开关电路4和通信终端3a和3b。
电池单元7包括蓄电池如锂离子电池等并且由四块蓄电池串联形成。
微计算机机10被配置为，使用从测量电路11中输入的电压值和电流值，对电压值进行测量以及对电流值进行积分。此外，微计算机利用附图标记8指示的温度检测元件(例如，热敏电阻)监控电池温度。而且，测得的值等储存在由附图标记13指示的非易失性储存器EEPROM(电可擦除且可编程的只读存储器)中。而且，微计算机10还可根据需要执行电压法检测。
测量电路11测量包含在电池组中的每个电池单元7的电压，然后将该测得的电压值发送给微计算机10。此外，测量电路使用电流检测电阻8测量电流的大小和方向，并且将测得的电流值发送给微计算机10。此外，测量电路11还起调整器的作用，用于使电池单元7的电压稳定并且产生电源电压。
当任何一个电池单元7的电压达到过充电检测电压时，或者电池单元7的电压降到过放电检测电压或者更小时，保护电路12通过向开关电路4提供控制信号来防止过充电和过放电。例如在用于锂离子电池的保护电路中，过充电检测电压设置在4.2V±0.5V，而过放电检测电压设置在2.4V±0.1V。
开关电路4包括附图标记5指示的充电控制FET(场效应晶体管)、附图标记6指示的放电控制FET。如果电池电压达到过充电检测电压时，利用充电控制FET 5切换到OFF，控制充电电流不要流动。在充电控制FET 5切换到OFF之后，可以通过附图标记5a指示的寄生二极管进行放电。
如果电池电压降到过放电检测电压，利用放电控制FET 6切换到OFF，控制放电电流不要流动。在放电控制FET 6切换到OFF之后，可以通过附图标记6a指示的寄生二极管进行充电。
当电池组安装在诸如摄像录像一体机(即摄像机和录像机的缩写)的电子设备中时，通信终端3a和3b用于，例如将电池容量的信息传输到电子设备。在已经接收了电池容量信息的设备侧，诸如液晶显示器的显示单元给出充电容量和充电比率的指示。
在本实施例中，通过使用积分法(电流或电压积分法)和电压法相结合执行对充电容量和剩余容量比率(电池容量)的检测。在本发明中，应当注意的是，充电比率的测量不需要在某个阈值处使在积分法和电压法之间的切换完成，而是在所有的时间都使用积分法和电压法。此外，在本实施例中，由充电比率和剩余容量比率的值计算电压法可靠性，该可靠性定义了由电压法获得的值有多可靠，并且根据计算的电压法可靠性，将由电压法得到的充电容量与由积分法得到的充电容量进行加权相加得到最终充电容量，以及将剩余容量比率和由积分法得到的剩余容量比率进行加权相加得到最终剩余容量比率。通过如上所述，使用按照电压法得到的充电比率的加权相加与按照电压法得到的剩余容量比率的加权相加，可以完成从积分法到电压法的逐渐过渡。
如果使用积分法对充电容量和剩余容量比率的计算涉及除法计算，则将数据中包含的小数位四舍五入转化成整数。这意味着增加了具有小于有效数字位(电流值)的四舍五入值，由此累积了积分值中的误差。结果，降低了积分电流值的准确性，这还导致了在充电比率的检测中，准确性的降低。
为了应付由有效数字位的放弃所引起的这种累积误差，可以使用增加有效数字位的方法。然而，这种方法会需要微计算机更多的储存空间，消耗处理资源。如果该微计算机中可用的储存器空间不够，则在实际中难以增加有效数字位。在这种情况下，累积了具有小于有效数字位的数据，由此引起准确性的降低。
鉴于上述，本发明实施例利用下面的积分法以最小化由减少数据中有效数字位所带来的影响。
如图4中所示，测量电流值时，通过输入端子21和开关22在增益为24的放大器23和增益为125的放大器24之间建立连接，从而从每个放大器提供输出电压到微机10的A/D转换器25，用于将上述输出电压转换成数字数据。根据电流值来使用上述放大器。当电流值大于2A时使用24×放大器，而当电流值等于或小于2A时使用125×放大器。这个配置可以减少在电流值很小的情况下的有效数字位和在电流值很大的情况下那些有效数字位之间的数字差异。
然而，已经通过24×放大器23的测量值和已经通过125×放大器的测量值在数字有效位方面是不同的，因此不能简单的相加。因此，采用下面的方法来最小化放弃有效数字位所带来的副影响。
例如，用于电流测量的硬件要求如下。
A/D参考电压(AVREF)3000mVA/D分辨率1024(10位)电流检测电阻(图3中的电阻9)5mΩ在这个示例中，如下计算流过电池单元7的每1A电流提供给A/D转换器25的电压值。
对于24×放大器235mΩ×1A×24＝120(mV/A).........(1)对于125×放大器245mΩ×1A×125＝625(mV/A).........(2)此外，A/D转换器25的每个分辨率电压灵敏度计算为3000mV/1024＝2.930(mV)。这个值可以转换成24×放大器的电流灵敏度2.930(mV)/120(mV/A)×1000≌24.41(mA)。
现在基于上述值，参考图5中的流程图对积分过程进行描述。
首先，当在步骤S1中开始该积分过程时，利用图3中示出的电流检测电阻9对输入到A/D转换器中的电流值进行检测，然后将测得的电流值作为A/D输入值提供给微计算机10(步骤S2)。接下来，在步骤S3中，确定应当使用24×放大器23和125×放大器24中的那一个来测量步骤S2中所计算的输入值。如果用电流检测电阻9测得的电流值大于2A，则使用24×放大器23，而当上述值等于或者小于2A时，使用125×放大器24。
如果使用24×放大器23，则用上述表达式(1)进行A/D输入电压的计算。
例如，如果设定放电电流为2.5A，则A/D输入电压给定为120(mV/A)×2.5A＝300(mV)。
而且，当A/D输入电压转化为数字数据时，经过A/D转换的输入值(积分值)给定为300(mV)/2.930(mV)≌102。在使用24×放大器23测量的情况下，将计算出的积分值直接加到积分面积中。
如果使用125×放大器24，用上述表达式(2)进行A/D输入电压的计算。例如，当假定放电电流为0.8A时，A/D输入电压给定为625(mV/A)×0.8A＝500(mV)。而且，经过A/D转换的输入值(BATT-CURRENT-BIT)给定为300(mV)/2.930(mV)≌170。
在使用125×放大器24测量的情况下，在完成在步骤S5中采取的转换后开始进行积分，以便获得与假定在使用24×放大器23的测量中所获得的数字有效位相同的数字有效数位(第一次积分处理的条件为指定上一次积分处理中的余数为0)。把作为已经经过A/D转换得到的输入值170换算成假定在使用24×放大器23测量中得到的值，导致170/5.208＝32且余数为3.344。通过在步骤S6中四舍五入余数包含的小数位而得到积分值为32且余数为3，然后将32加到积分面积中。
现在对关于进行十次积分处理的情况进行描述，使放电电流保持恒定为0.8A。如果忽略不计余数而不需要添加余数，则积分值表示为32×10(次)＝320，在这种情况中，理论上，使用作为换算之前的输入值而得到的170进行积分值计算导致{170×10(次)}/5.208≌326，从而产生上述积分值之间的差值6。
因此，通过将在最后一次除法处理中得到的余数与当前计算中得到的值相加来进行积分过程。即，通过将第一次积分处理中得到的余数3加到第二次积分处理中得到的、作为换算前的输入值170中，然后转换该和，来进行第二次积分处理中积分值的确定。就像第二次积分处理一样，在第三次循环中和第三次循环之后的积分处理，使用在将最后一次积分处理中得到的余数加到换算前的输入值中之后的总和的转换，。
图6示出了从第一次到第十次的积分处理条件。作为以相加余数方式的积分处理结果，本实施例中的积分面积值达到326，换而言之，没有产生误差。因此，通过将上一次计算中得到的余数加到AD输入值中之后采用除法处理，尽可能地消除了丢弃有效数字位的影响。
而且，因为可以不需要增加有效数字位，所以可以使微计算机10所需要的储存空间缩减到最小。
现在参考图7中的流程图，描述上述对电池组进行充电处理的情况。
使用典型的积分法执行从充电早期到充电中期充电比率的计算。在步骤S10和S11中涉及电流值的处理与图5中步骤S1到S6中的处理相同。接下来，在步骤S12中，计算充电比率(％)。可以从下面的表达式中获得使用积分法的充电比率(％)。
使用积分法的充电比率(％)＝积分容量/整个组容量此外，为了平行于积分法，象步骤S14那样使用电压法计算充电比率，在步骤S10中除了电流值之外也可以将电压值输入到微计算机10中。电流流过电池单元7，从而难以测量无负载状态下的电压。因此，在步骤S13中，假定开路电压为开路电压(设定值)＝{电池电压-(电池电流Imp×充电电流)}。
此外，参考由电压和充电比率之间的相互联系建立的充电比率表(例如用电池电压4.2V表示100％充电比率)，基于获得的开路电压，在步骤S14中获得使用电压法的充电比率(％)。在步骤S15中，基于按照电压法的充电比率，判断是否充电处于接近完全充电状态(例如，按照电压法的充电比率＝90％)。如果判断充电没有处于接近完全充电状态，，则在继续充电的同时，处理经由步骤S16返回到步骤S11，进一步执行开路电压和按照电压法的充电比率的计算。
可选择的，可以以变化处理顺序这种方式，执行使用积分法检测充电容量(充电比率)和使用电压法检测充电容量(充电比率)，或者同时进行这两种处理。
如果充电达到末期，则判断处于接近完全充电状态，使用按照电压法的充电比率对电压法可靠性(0到100％)进行计算(步骤S17)。例如假定使用电压法计算的90％充电比率为用于检测充电处于接近完全充电状态的条件，可以用下面的等式来计算电压法可靠性(％)。
电压法可靠性(％)＝{使用电压法计算的充电比率(％)-90％}×10(其中使用电压法计算的充电比率≥90)。
因此，可以通过利用电压法在接近完全充电时、充电比率计算中的准确性，确定上述电压法可靠性。电压法可靠性恒定表示为0直到使用电压法计算的充电比率达到接近完全充电为止，电压法可靠性随着使用电压法计算的充电比率的增加而增加，直到在完全充电时获得100％可靠性。
此外，使用上述电压法可靠性(％)执行(1-电压法可靠性(％))计算获得积分法可靠性(％)。此外，通过将电压法可靠性乘以使用电压法计算的充电比率(％)得到的值与将积分法可靠性乘以使用积分法计算的充电比率(％)得到的值相加，采用使用电压法可靠性的加权相加来计算最终充电比率(步骤S18)。
充电比率(％)＝使用电压法计算的充电比率×电压法可靠性+使用积分法计算的充电比率×(1-电压法可靠性)接下来，判断在步骤S18中计算的充电比率是否达到100％，当判断结果小于100％时，需要进一步继续充电，而当上述结果为100％时，结束充电(步骤S19)。
取决于基于电压法可靠性乘法的比值，使用上述方法有效地提供了从使用积分法计算的值到使用电压法计算的值的平滑过渡，即使分别在由电压法和积分法计算的值之间存在充电比率差异也是如此。而且，上述方法能够实现类似于图8中所示的充电比率图表的充电过程，允许准确且容易地执行完全充电检测。
此外，这就使得不必太坚持积分准确性，允许系统用廉价且简单的元件构成。
而且，在使用锂离子电池的情况下应用了CCCV(恒流恒压)系统，因此需要时间在接近完全充电时检测充电比率。因此，如果接近完全充电时的充电比率计算准确性低，则充电剩余时间的检测准确性也降低。另一方面，使用上述方法可能准确地检测充电容量，这使得充电剩余时间的计算准确性也增加了。
本实施例在放电开始处使用按照积分法计算的剩余容量比率，续之以逐渐改变到使用电压法计算的剩余容量比率。也需要在接近放电末期时检测使用电压法计算的剩余容量，从而确保在放电末期保持终止电压和剩余容量比率0％一致，以便彻底执行到电压法的切换。
在检测剩余容量的情况下，电压法和积分法之间的转换会需要参数，其也称为电压法可靠性，以根据该电压法可靠性，通过将电压法得到的剩余容量比率与积分法得到的剩余容量比率加权相加，来计算最终剩余容量比率。如上所述，涉及使用按照电压法计算的剩余容量比率的加权加法提供了稳定的检测，而没有突然改变剩余容量比率。
电压法可靠性表示为参数，其确定，取决于环境条件或负载条件，由电压法测量的值用于检测使用的可靠率。
因此，积分法的可靠性由{100(％)-电压法可靠性(％)}表示。在计算电压法可靠性时，通过结合下面三种系数来计算最终可靠性取决于放电电压的可靠性系数；取决于使用电压法计算的剩余容量比率的可靠性系数和取决于温度的可靠性系数。
下面，描述了如何计算取决于放电电压的可靠性系数，取决于使用电压法计算的剩余容量比率的可靠性系数，和取决于温度的可靠性系数，以及计算电压法可靠性的方法。
如图10中所示，取决于放电电压的可靠性系数应该提供随着电压的减低而增加的可靠性系数，因此可以通过下面的等式计算。如果下面等式得到的可靠性系数的结果小于1，则该可靠性系数表示为1。
取决于放电电压的可靠性系数＝-0.002×放电电压(mV)+33例如，如果放电电压值假定为12800mV，则取决于放电电压的可靠性系数给定为-0.002×12800+33＝7。
如图11中所示，取决于使用电压法计算的剩余容量比率的可靠性系数应该提供随着使用电压法计算的剩余容量比率减低而突然增加的可靠新系数，由此可以通过下面表达式计算。如果下面等式得到的可靠性系数结果小于1，则该可靠性系数表示为1。例如，如果使用电压法计算的剩余容量比率为20％，在下面等式中，用2000替代20％乘以100得到的值，作为使用电压法计算的剩余容量比率。
取决于使用电压法计算的剩余容量比率(％)的可靠性系数＝(10000-使用电压法计算的剩余容量比率(％×100))/(使用电压法计算的剩余容量比率(％×100)×1.2)+0.1例如，如果使用电压法计算的剩余容量比率假定为20％，则取决于使用电压法计算的剩余容量比率的可靠性系数给定为(10000-2000)/(2000×1.2)+0.1＝3.43。
此外，蓄电池的内阻随着温度的降低而增加，因此还必须考虑温度的变化。例如，对安装蓄电池的电子设备来说，合理的假定是周围环境温度从30℃或以上变化到凝固点或更低。在这种情况下，内阻会增大该几倍或更多，内阻差导致剩余容量比率测量中准确性的降低。
取决于温度的可靠性系数应该随着温度的增加呈线性增加，因此可以由下面的等式计算。
取决于温度的可靠性系数＝0.16×温度(℃)-5.6例如，如果温度假定为15℃，则取决于温度的可靠性系数给定为0.16×15-5.6＝-3.2。
使用上述三种可靠性系数用于将各个系数代入到下述等式中，对定义了计算值有多可靠的电压法可靠性进行计算。
电压法可靠性(％)＝(取决于放电电压的可靠性系数+取决于温度的可靠性系数)×取决于电压法计算的剩余容量比率的可靠性系数。
例如，如果取决于放电电压的可靠性系数，取决于使用电压法计算的剩余容量比率的可靠性系数，以及取决于温度的可靠性系数分别假定为7，3.43和-3.2，则电压法可靠性(％)给定为(7-3.2)×3.43＝13.03(％)。在此，当(取决于放电电压的可靠性系数+取决于温度的可靠性系数)的总和等于或者小于1时，指定上述总和值为1。
图13中示出均通过上述方法得到的，在使用电压法计算的剩余容量比率(％)和电压法可靠性(％)之间的关系。在图13中，示出了不同温度的曲线图。在考虑使用电压法的检测引起在中间电势范围内、剩余容量测量中较低的准确性这一特征，以及使用功率积分法的检测引起在放电过程末期测量中较低的准确性这另一特征之后，建立计算电压法可靠性的表达式以适应下述电压法可靠性的特征。在0到100％的范围内给出电压法可靠性，并且可靠性越高，就以越高的比率使用按照电压法计算的剩余容量比率。
1、在剩余容量比率从100到大约30％的范围内，使用按照电压积分法计算的剩余容量的检测结果。
2、在剩余容量比率从30到大约5％的范围内，使用根据基于电压法可靠性的比值，把使用电压积分法计算的剩余容量与使用电压法计算的剩余容量比率相加所得到的值。
3、在剩余容量比率等于或小于5％的范围内，使用按照电压法计算的剩余容量比率的检测结果。
在本实施例中，如图14中所示，在放电开始使用积分法，在放电末期使用电压法，而且在中间电势范围内，通过根据从上述表达式中计算出的电压法可靠性，将使用电压法计算的剩余容量比率与使用积分法计算的剩余容量比率进行加权相加，计算最终剩余容量比率(％)。如上所述，涉及使用按照电压法计算的剩余容量比率的加权相加，提供了从积分法到电压法的逐渐过渡。
现在参考图15中的流程图，对使用上述电压法检测电池组剩余容量的方法进行描述。
当开始计算剩余容量的处理时，图2中示出的电池单元7、电流测量电阻9和热敏电阻8分别测量放电电压、放电电流和温度，并且将每个测量值提供给微计算机10(步骤S1511)。
微计算机10根据所提供的电压值执行使用电压法的剩余容量检测(步骤S1512)。微机通过将根据(电流×阻抗)计算的下降电压与所提供的测量电压相加来计算无负载测量电压，以从表示该电压和蓄电池剩余容量比率之间关系的特征曲线数据中获得蓄电池的剩余容量。表示该电压和蓄电池剩余容量比率之间关系的数据可以预先通过从实验数据中导出关系而得到，由此提供电压和容量关系的数据表。可以使用数据表，从对应电压中计算出来容量。
接下来，在微计算机10中执行根据测量的电流和电压对放电功率的计算(功率＝电流×电压)。计算的放电功率对每个一定时间段进行积分处理，从而得到从放电过程开始已经积分的积分功率输出(步骤S1513)。在步骤S1514中，根据在步骤S1513中得到的积分功率输出对预先从实验数据得到的蓄电池可放电功率的比率，执行剩余容量的计算。具体地说，由下述表达式得到剩余容量比率。
剩余容量比率(％)＝积分功率/可放电功率×100接下来，进行电压法可靠性的计算(步骤S1515)，该电压法可靠性用于确定优选使用按照电压法计算的剩余容量比率和按照功率积分法计算的剩余容量比率中的哪一个。使用取决于放电电压的可靠性系数、取决于按照电压法计算的剩余容量的可靠性系数、和取决于温度的可靠性系数计算电压法可靠性。
在步骤S1515中计算电压法可靠性之后，使用电压法可靠性(％)执行计算(1-电压法可靠性(％))以获得积分法可靠性。此外，采用涉及使用电压法可靠性的加权相加，通过将电压法可靠性乘以按照电压法计算的剩余容量比率(％)得到的值，和将积分法可靠性乘以按照积分法计算的剩余容量比率相加，来计算最终剩余容量比率(步骤S1516)。
例如，如果假定按照电压法计算的剩余容量比率、按照功率积分法计算的剩余容量比率和电压法可靠性分别为30％、40％和20％，则通过30×0.20+40×(1-0.20)的计算得到最终剩余容量比率为38％。
作为使用上述方法测量剩余容量比率的结果，在当剩余容量比率达到0％时这一时间点上，结束放电过程。
使用上述方法有效地以高准确性检测剩余容量比率，这是因为，在接近放电末期的区域使用电压法检测，还因为在接近中间电势范围的区域中使用功率积分法(或者电流积分法)检测剩余容量，在该中间电势区域，例如在使用锂离子电池时，会导致使用电压法的测量中准确性的降低，从而使得从放电开始至末期的所有时期内可以高准确性地提供剩余容量比率的检测。
虽然在前面已经详细地描述了本发明的实施例，但是应当理解本发明并不局限于上述实施例，并且可以基于本发明的技术概念进行各种修改。
例如，上述实施例中给出的数值只是示例，而且允许根据需要使用与上述不同的数值。
此外，除了上述锂离子电池之外，本发明还可用于各种类型电池，诸如Ni-Cd(镍-镉)电池和Ni-MH(镍-氢)电池。
此外，电池组中包括的微计算机机可以是还提供保护电路功能的微计算机。
本领域技术人员应当理解，只要在附带的权利要求或其等价物的范围内，就可以取决于设计需要和其他因素进行各种改动、结合、变形和替换。
权利要求
1.一种蓄电池的充电方法，包括使用积分法执行蓄电池充电比率的检测，在积分法中，通过对蓄电池电流值或功率值积分一定时间来计算电池容量；使用电压法执行蓄电池充电比率的检测，在电压法中，测量蓄电池的电压值，并且基于在该电压值和充电比率之间的相互关系计算充电比率；以及根据蓄电池的充电比率，执行由积分法检测的充电比率与由电压法检测的充电比率的加权相加，由此检测最终的充电比率。
2.根据权利要求1的蓄电池充电方法，还包括在电压法中预先设定参考充电比率，用于检测在充电过程中是否接近完全充电；如果蓄电池的充电比率小于参考充电比率，则使用积分法执行充电比率检测；以及根据它的充电比率，执行由积分法检测的充电比率和由电压法检测的充电比率的加权相加，由此检测最终的充电比率。
3.根据权利要求1的蓄电池的充电方法，其中从通过电压法、基于参考充电比率计算的电压法可靠性中，得到在加权相加中使用的加权因子。
4.一种具有蓄电池的电池组，该电池组包括可对蓄电池的电压和电流进行测量的测量单元；以及电池容量计算单元；其中该电池容量计算单元包括使用积分法检测蓄电池充电比率的检测装置，在积分法中，通过对电流值或功率值积分一定时间来计算电池容量；使用电压法检测蓄电池充电比率的检测装置，在电压法中，测量蓄电池的电压值，并且基于该电压值和充电比率之间的相互关系计算充电比率；以及用于根据蓄电池的充电比率，执行由积分法检测的充电比率与由电压法检测的充电比率的加权相加，由此检测最终充电比率的装置。
5.根据权利要求4的电池组，其中电池容量计算单元预先设定在电压法中的参考充电比率，用于检测在充电过程中是否接近完全充电；以及电池组还包括装置用于，如果蓄电池的充电比率小于参考充电比率，则执行使用积分法的充电比率检测；以及根据它的充电比率，执行由积分法检测的充电比率与由电压法检测的充电比率的加权相加，由此检测最终的充电比率。
6.根据权利要求4的电池组，其中电池容量计算单元包括装置用于，从通过电压法、基于参考充电比率计算的电压法可靠性中，获得在加权相加中使用的加权因子。
7.一种检测蓄电池剩余容量比率的方法，该方法包括使用积分法执行对蓄电池的剩余容量比率的检测，在该积分法中，通过对电流值或功率值积分一定时间来计算电池容量；使用电压法执行对蓄电池的剩余容量比率的检测，在该电压法中，测量该蓄电池的电压值，并且根据该电压值和剩余容量比率之间的相互关系计算该剩余容量比率；以及根据蓄电池的剩余容量比率，执行由积分法检测的剩余容量比率与由电压法检测的剩余容量比率的加权相加，由此检测最终的剩余容量比率。
8.根据权利要求7的检测蓄电池剩余容量比率的方法，还包括如果蓄电池的剩余容量比率高，则使用积分法执行剩余容量比率检测；如果蓄电池的剩余容量比率低，则根据其剩余容量比率，执行由积分法检测的剩余容量比率和由电压法检测的剩余容量比率的加权相加；以及在放电末期使用电压法执行剩余容量比率检测。
9.根据权利要求7的检测蓄电池剩余容量比率的方法，其中从电压可靠性中得到在加权相加中使用的加权因子，该电压可靠性组合了从该蓄电池放电电压获得的可靠性系数、依据从电压法获得的剩余容量比率的可靠性系数、以及依据从蓄电池电池温度获得的温度的可靠性系数。
10.一种具有蓄电池的电池组，包括可测量蓄电池的电压、电流和温度的测量单元；以及电池容量计算单元；其中该电池容量计算单元包括使用积分法检测蓄电池剩余容量比率的检测装置，在该积分法中，通过对蓄电池的电流值或功率值积分一定时间来计算电池容量；使用电压法检测蓄电池剩余容量比率的检测装置，在该电压法中，测量该蓄电池的电压值，然后根据该电压值和剩余容量比率之间的相互关系计算该剩余容量比率；以及用于根据蓄电池的剩余容量比率，执行由积分法检测的剩余容量比率与由电压法检测的剩余容量比率的加权相加，由此检测最终的剩余容量比率的装置。
11.根据权利要求10的电池组，其中如果蓄电池的剩余容量比率高，则电池容量计算单元使用积分法执行剩余容量比率检测；如果蓄电池剩余容量比率低，根据其剩余容量比率，执行由积分法检测的充电比率和由电压法检测的剩余容量比率的加权相加；以及在放电末期使用电压法执行剩余容量比率检测。
12.根据权利要求10的电池组，其中该电池容量计算电压从电压可靠性中得到在加权相加中使用的加权因子，其中该电压可靠性组合了从该蓄电池放电电压获得的可靠性系数、依据从电压法获得的剩余容量比率的可靠性系数、以及依据从蓄电池电池温度获得的温度的可靠性系数。
13.一种具有蓄电池的电池组，该电池组包括可对蓄电池的电压和电流进行测量的测量单元；以及电池容量计算单元；其中该电池容量计算单元包括可使用积分法检测蓄电池充电比率的第一检测器，在该积分法中，通过对蓄电池的电流值或功率值积分一定时间来计算电池容量；可使用电压法检测蓄电池充电比率的第二检测器，在该电压法中，测量蓄电池的电压值，并且基于该电压值和充电比率之间的相互关系计算该充电比率；以及加法器，其根据蓄电池的充电比率，执行由积分法检测的充电比率与由电压法检测的充电比率的加权相加，由此检测最终的充电比率。
14.一种具有蓄电池的电池组，包括可对蓄电池的电压、电流和温度进行测量的测量单元；以及电池容量计算单元；其中该电池容量计算单元包括可使用积分法检测蓄电池剩余容量比率的第一检测器，在该积分法中，通过对蓄电池的电流值或功率值积分一定时间来计算电池容量；可使用电压法检测蓄电池剩余容量比率的第二检测器，在该电压法中，测量蓄电池的电压值，并且基于该电压值和剩余容量比率之间的相互关系计算剩余容量比率；以及加法器，其根据蓄电池的剩余容量比率，执行由积分法检测的剩余容量比率与由电压法检测的剩余容量比率的加权相加，由此检测最终的剩余容量比率。
全文摘要
本发明公开了一种蓄电池充电方法，其包括如下步骤使用积分法对蓄电池的充电比率进行检测，该积分法通过对电流值或功率值积分一定时间来计算电池容量；使用电压法对蓄电池的充电比率进行检测，在该电压法中测量蓄电池的电压值，并且根据该电压值和充电比率之间的相互关系计算充电比率；以及根据蓄电池的充电比率，执行由积分法检测的充电比率与由电压法检测的充电比率的加权相加，由此检测最终的充电比率。
文档编号H02J7/10GK1691461SQ20051007622
公开日2005年11月2日 申请日期2005年4月22日 优先权日2004年4月23日
发明者穗刈正树, 佐佐木太一 申请人:索尼株式会社