[发明专利]用于估计电池的健康状态的方法和装置

说明书

本发明题为“用于估计电池的健康状态的方法和装置”。本发明涉及电池管理，并且具体地讲，涉及用于估计电池的健康状态的装置和方法，以及对应的电池监测系统。由本发明解决的一个技术问题是改善电池操作并提供更准确的电池数据。根据一个实施方案，本发明涉及一种用于估计电池的健康状态的装置，该装置包括：对电池的输出电压作出响应的电压传感器；对电池的电流作出响应的电流传感器；以及对电压传感器和电流传感器作出响应的逻辑单元，其中逻辑单元被配置为：确定电池的基线内电阻；基于电流和输出电压来计算电池的老化内电阻；以及基于基线内电阻和老化内电阻来估计电池的健康状态。

技术领域

本发明题为“用于估计电池的健康状态的方法和装置”。本发明涉及电池管理，并且具体地讲，涉及用于估计电池的健康状态的装置和方法，以及对应的电池系统。

背景技术

“电池容量”是电池所存储的电量的量度(通常以安培小时计)，并且由电池中所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最大量的能量。然而，电池的有效容量(电池“健康状态”)可与“标称”额定容量显著不同。

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，从而缩短了电池可向设备供应电流的时间。另外，电压电平下降更快，从而对设备施加逐渐降低的电压。

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。其他方法需要用于在已知的时间范围内测量电流的感测电阻器，该感测电阻器占用较大面积、成本较高，并且降低性能。

发明内容

由本发明解决的一个技术问题是改善电池操作并提供更准确的电池数据。

在一个方面，本发明是用于估计电池的健康状态的装置，该装置包括：对电池的输出电压作出响应的电压传感器；对电池的电流作出响应的电流传感器；以及对电压传感器和电流传感器作出响应的逻辑单元，其中逻辑单元被配置为：确定电池的基线内电阻；基于电流和输出电压来计算电池的老化内电阻；以及基于基线内电阻和老化内电阻来估计电池的健康状态。

根据上述装置的一个实施方案，逻辑单元被进一步配置为：确定电池是正在充电还是正在放电；以及仅在电池正在放电时才估计电池的健康状态。

根据上述装置的一个实施方案，该装置还包括对逻辑单元作出响应并且存储第二电池特性的存储器设备，该第二电池特性指示电池的内电阻与相对充电状态之间的关系；并且其中逻辑单元被配置为根据电池的相对充电状态和第二电池特性来确定电池的基线内电阻。

根据上述装置的一个实施方案，该装置还包括耦接到电流传感器的二次电流电路，该二次电流电路包括：并联耦接的第一晶体管和第二晶体管；以及电压源电路，该电压源电路用于通过对第一晶体管和第二晶体管中的每一者施加预先确定的恒定电压来选择性地操作第一晶体管和第二晶体管。

根据上述装置的一个实施方案，该装置还包括耦接到逻辑单元并且对电池的温度作出响应的温度传感器，其中逻辑单元被配置为根据电池的温度来调整电池的老化内电阻。

由本发明实现的一个技术效果是提供改善的电池操作和更准确的电池数据。

附图说明

当结合以下示例性附图考虑时，可参照具体实施方式更全面地了解本发明技术。在以下附图中，通篇以类似附图标记指代各附图当中的类似元件和步骤。

图1代表性地示出了根据本发明技术的示例性实施方案的电池系统的框图；