[发明专利]用于确定电池的健康状态的方法和装置

说明书

本发明涉及用于一种确定电池的健康状态的装置，以及用于确定电池的健康状态的方法。所述装置包括锂离子电池和电量计以监测所述电池老化时所述电池的电阻和所述电池的容量。所述电量计可执行用于计算两个不同容量值的两种不同方法，并且利用每种方法得出的所述容量值来确定所述电池老化时所述电池的所述电阻以及所述电池的所述健康状态。

技术领域

本发明涉及用于确定电池的健康状态的装置，以及用于确定电池的健康状态的方法。

背景技术

“电池容量”是由电池存储的电量的量度(通常以安培小时计)，并且由电池中包含的活性材料的质量确定。电池容量表示可在某些指定条件下从电池获取的能量的最大量。

然而，电池的有效存储容量随着老化而减少，并且经历不可逆的损坏。该损坏由腐蚀和其他不可逆的化学过程造成。内部电池部件的老化也会导致损坏。电池的极板发生腐蚀，而当极板发生腐蚀时，它们的工作表面积减小并且电解质发生化学变化，致使这两者化学反应性降低。这些变化减少了电池中的反应性组分的体积，从而降低了电池的充电容量。这还增加了电池的内电阻，因为腐蚀产物抑制电子自由流动经过极板。电池的每个充电/放电周期也具有类似效果，但速率加快。因此，当电池老化和退化时，电池的有效容量减少，从而减少了电池可向设备供电的时间量。另外，电压电平下降更快，从而对设备施加逐渐降低的电压。

电池保持电量的能力的一个指标是电池“健康状态”。许多应用使用该参数来估计电池性能，例如电池的“运行时间”，其反映了电池在耗尽之前将持续供电的时间量。需要运行时间的准确估计值以向用户提供警报。

用于测量电池的有效容量的常规方法很低效并且容易出错，因为许多方法需要从设备中取出电池以测量受老化影响的各种参数。

发明内容

本发明所解决的技术问题是测量电池的健康状态的常规系统容易出错和/或需要从设备中取出电池。

在各种实施方案中，该装置包括锂离子电池和电量计以便监测电池老化时电池的电阻和电池的容量。电量计可执行用于计算两个不同容量值的两种不同方法。电量计可利用每种方法得出的容量值来确定电池老化时电池的电阻以及相关电池特征，诸如电池的健康状态。

根据一个方面，用于确定电池的健康状态的装置包括：电量计电路，该电量计电路耦接到电池，并且被配置成：根据电池的输出电压的变化来计算第一电池容量；根据耦接到电池的负端子的分流器两端的电压来计算第二电池容量；根据第一电池容量和第二电池容量来计算容量比；根据容量比来计算老化电阻值；利用电池特征数据，根据老化电阻值来确定老化容量；以及根据老化容量和所计算的第二电池容量来计算老化的健康状态。

在上述装置的一个实施方案中，电池特征数据描述了在电池老化时电池电阻与电池容量之间的相关性。

在上述装置的一个实施方案中，电量计电路包括第一电路，该第一电路耦接到电池的正端子并且被配置成计算第一电池容量；并且第一电路将输出电压的变化转换为电流并对一段时间内的电流进行积分。

在上述装置的一个实施方案中，电量计电路还包括第二电路，该第二电路耦接到电池的负端子；并且第二电路将分流器两端的电压转换为电流并对一段时间内的电流进行积分。

在上述装置的一个实施方案中，电量计电路还包括逻辑单元，该逻辑单元耦接到第一电路和第二电路；并且逻辑单元进行以下计算：通过将初始电阻乘以容量比来计算老化电阻；通过将第一电池容量除以第二电池容量来计算容量比；以及通过将老化容量除以第二电池容量来计算健康状态。

在另一个方面，用于确定电池的健康状态的方法包括：基于电池的输出电压的变化来计算第一电池容量；基于分流器两端的电压来计算第二电池容量；基于第一电池容量和第二电池容量来计算容量比；基于初始电阻值和容量比来计算老化电阻值；利用电池的容量-电阻数据，根据老化电阻来确定老化容量；以及基于老化容量和第二电池容量来计算健康状态。