[发明专利]用于增强燃料表空电压预测的负峰值电压检测

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年12月5日提交的美国临时专利申请号61/423,514的优先权。

技术领域

本发明涉及一种用于指示可再充电电池的充电状态的电池燃料表。

背景技术

如本文所使用的，词语“电池”将被一般性地使用，并将被理解成包括多个电池和电池组，即多个电池单元或电池组被封装并被电连接以在功能上表现为较高电压和/或较高电流容量的单个电池。

在许多可再充电电池供电的设备中，期望知道在电池的放电周期期间电池的充电(或放电)状态，使得电池供电设备的用户可以适当为电池的再充电选择时间(time)，并当必要时，限制电池供电设备的使用限制为更必要的使用以在电池的下次再充电之前保持电力。在现有技术中这样做的一种方式是使用电池燃料表，通常被称为库仑(Coulomb)计数器，其监视提供给和提取自电池的电流，其用于给定额定的安培-小时的电池，针对给定的安培-小时额定值的电池，贯穿电池的放电周期，其可以用于预测电池中剩余的安培-小时额定值部分。此类设备容易可再商业上获得，如通过示例的方式，本发明的受让人Sunnyvale，California的Maxim Integrated Products制造和售卖的DS2745、DS2782和DS2780燃料表。

此类设备对预期的目的是有用的，尽管具有不够理想的某些特性。通过示例的方式，库仑计数器的一个不期望特性是它们本质上作为积分器操作并且因此在任何时候它们的输出遭受到自它们被设置为参考(通常通过电池的完全充电或完全放电)的最后时间以来的积分误差的积累的事实。因而，当电池有规律地完全充电或替代地完全放电以提供参考时，此类电池燃料表可令人满意地工作，但是如果电池反复地仅仅是部分充电和部分放电，则此类电池燃料表不能表现良好。而且，它们的准确性随电池寿命下降，因为它们通常不能解释电池容量随电池寿命的下降。可以说，当电池将要空时，这具有指示剩余一些电池电荷的非常不期望的效果。

获得可再充电电池的充电状态的指示的另一个途径是简单地监视电池的终端电压并且当终端电压开始接近电池供电设备将自动地关闭的电压时提供警告给用户。当然，尽管这具有因为没有考虑指示时电池上的负载和在任何条件下充电状态和电池终端电压的非线性而不提供正在进行的电池的充电状态的指示的缺点，但是这具有简单性和避免与电池串联电流感测电阻的需求的优势。

在这点上，许多电池操作设备不呈现流到电池的恒定电流，但是呈现出了可被考虑的在其上具有波动电压的平均负载，这依赖于在那个特定时间处正在使用(操作模式)的电池供电设备的容量和电池阻抗。该波动电压可引起电池电压即刻下降到最小的系统操作电压之下，这引起系统关闭。该问题可以通过在较高的电压设置空电池电压来说明将遇到的最高波动(假设最坏情况条件)得到解释，但是当该设备操作在具有较低波动的模式下或没有遇到最坏的情况下时，对电池的寿命不利。如果空电池电压可被准确地确定，则将提供优选的某些备用功率以允许后台功能(保存数据、关闭、保持时钟)、误差预算(没有燃料表可能是完美的)和保护电池免于过量放电。

本发明的受让人Maxim Integrated Products制造和售卖基于电压的电池燃料表，该电池燃料表对电池本身建模并跟踪独立于电池上的电流负载(如果有的话)的电池的充电状态。特别地，给定安培-小时容量的理想的电池将提供恒定电压输出直到输出其全部安培-小时容量，其后电池电压将下降到零。然而，真实的电池随着充电的减少状态和/或增加电流负载(归因于内部的电池阻抗)展现终端电压的减少。某些电池具有在接近完全放电状态时迅速地降低的终端电压。当完全地充电时，某些类型的电池具有在初始放电期间相当快速地减少的较高的终端电压，尽管一般常用的可再充电电池，除了这些“端”条件以外，具有在大部分电池放电周期上稍微线性(但是下降)的开放终端电压对充电状态。