[发明专利]用于确定电池的健康状态的方法和装置

说明书

本发明题为“用于确定电池的健康状态的方法和装置。”本发明涉及一种用于确定电池的健康状态的方法和装置。本发明解决的技术问题是确定电池的健康状态，所述健康状态考虑难以直接测量的多个变量，诸如所述电池的老化和电池容量。在各种实施方案中，所述装置包括锂离子电池和电量计电路以监测所述电池老化时所述电池的电阻、所述容量和所述健康状态。电量计电路使用所述电阻值和所述容量值来计算健康状态(SOH)值。所述电量计电路在计算所述SOH值之前使所述电池准备好，其中使所述电池准备好包括对所述电池进行一系列充电、放松和放电。由本发明实现的技术效果是提供电池的更准确的健康状态。

技术领域

本发明涉及用于确定电池的健康状态的方法和装置。

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，电池的有效存储容量随着老化而减少，并且经历不可逆的损坏。这种损坏是由各种机制造成的，包括腐蚀和其他化学工艺，并且内部电池部件的老化也会造成损坏。随着电池的各个板腐蚀，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反应性组分的体积，从而降低了电池的充电容量，同时也增加了电池的内部电阻，因为腐蚀产物抑制了电子通过板的自由流动。电池的每个充电/放电周期也具有类似效果，但速率加快。最终的结果是，随着电池老化和退化，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。

电池保持电量的能力以及向设备供电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。

发明内容

本发明解决的技术问题是确定电池的健康状态，该健康状态考虑难以直接测量的多个变量，诸如电池老化和电池容量。

本技术的各种实施方案包括用于测量电池特性的方法和装置。在各种实施方案中，装置包括锂离子电池和电量计电路以监测电池老化时电池的电阻、容量和健康状态。电量计电路使用电阻和容量来计算健康状态(SOH)值。电量计电路在计算SOH值之前使电池准备好以获得更精确的SOH值，其中使电池准备好包括对电池进行一系列充电、放松和放电。

根据一个方面，用于确定选择性地耦接到充电器和负载的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通信地耦接到充电器和负载，被配置为：在第一打开状态期间测量电池的剩余容量；根据剩余容量确定第一电压；通过顺序地执行以下动作来使电池准备好：在第一时间段期间通过将充电器选择性地耦接到电池来对电池充电；在第二时间段期间通过将充电器和负载两者与电池断开连接来创建第二打开状态；以及在第三时间段期间通过将负载选择性地耦接到电池来使电池放电；在第三时间段期间测量第三电压；测量从第一电压到第三电压的电压变化；基于电压变化计算老化电阻；并且基于老化电阻和一组电池特性数据来计算电池的健康状态。

在上述装置的一个实施方案中，电量计电路进一步被配置为通过以下动作使电池准备好：在第二打开状态期间测量实际电压；以及在第二打开状态期间将实际电压与第一电压进行比较。

在上述装置的一个实施方案中，电量计电路进一步被配置为：在第一打开状态期间测量第二电压；比较第一电压和第二电压；并且在第一电压大于第二电压的情况下使电池准备好。

在上述装置的一个实施方案中，一组电池特性数据包括：原始电阻与剩余容量之间的关系；以及原始容量。

在上述装置的一个实施方案中，电量计电路进一步被配置为：在第三时间段期间测量通过电池的电流；通过将电压变化除以所测量的电流来计算老化电阻；计算电阻比，其中电阻比等于老化电阻除以原始电阻；基于所计算的电阻比确定老化容量；并且基于老化容量和原始容量计算健康状态。