电池剩余容量的运算方法和组合电池技术

一种电池剩余容量的运算方法，是从电池的放电电流与电压之积的累计值计算电池的放电容量并用电能计算剩余容量的方法，其特征在于：检测电池的内部电阻，在由电池的放电电流与电压之积的累计值计算的放电容量运算值上加上内部电阻消耗的电量的累计值，由此计算电池放电容量，并由该放电容量计算剩余容量。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种准确计算电池剩余容量的运算方法和内置运算电路的组合电池。电池剩余容量的显示方法有，用以Ah表示的电流量表示的方法和用以Wh表示的电能表示的方法。用Ah表示剩余容量方法中，如果电池的电压下降，需要修正电压下降并换算成消耗电力。例如，即使剩余容量是充满容量的50％，电池的电压一下降，以Wh表示的剩余容量不到50％。因此，即使装在消耗固定电能的电器装置上的电池的Ah剩余容量为50％，使用时间也不到总使用时间的一半。这是因为由于电池的电压下降，为了供给规定电能而增加电流而致的。与此相对，用Wh表示剩余容量的方法中，当剩余容量变为充满电容量的50％后，安装在消耗规定电能的电器装置上时，使用时间为一半。即用Wh的电能表示剩余容量的方法具有即使电池的电压下降也能准确推测使用时间的特点。用电能计算电池剩余容量时，从充满状态减去按电能计算的放电容量，或者从充电容量中减去电能的放电容量。电能的放电容量可按时间计算放电电流、电压和放电效率之积进行计算。按时间计算放电电流、电压和放电效率之积的放电容量与电池实际的放电容量并不等同，有一些误差。尤其是放电电流变动时，计算的放电容量与实际的放电容量之间易产生误差。这是由于放电效率随放电电流发生大幅度的变动而造成的。本专利技术技术方案1的电池的剩余容量运算方法是根据电池的放电电流与电压之积的累计值计算电池的放电容量，用电能计算剩余容量。剩余容量运算方法是通过检测电池的内部电阻，在利用电池的放电电流与电压之积的累计值计算的放电容量运算值上加上内部电阻消耗的电能的累计值，由此计算电池的放电容量，并由该放电容量计算剩余容量。本专利技术技术方案7的组合电池具备由电池的放电电流与电压之积的累计值计算电池放电容量，以电能计算剩余容量的运算电路2。运算电路2在测定电池的内部电阻的同时，在利用电池放电电流与电压之积的累计值计算的放电容量运算值上加上内部电阻消耗的电能的累计值，由此计算电池的放电容量，并由该放电容量计算剩余容量。本专利技术的电池剩余容量运算方法和组合电池能够从电池充电电流与电压之积的累计值计算的充电容量运算值中减去内部电阻消耗的电能的累计值，由此计算充电容量，并计算剩余容量。该剩余容量运算方法和组合电池不仅对放电容量，在充电容量的运算中也考虑到内部电阻消耗的电能，因此可以更准确地运算电池的剩余容量。电池的内部电阻可通过测定电池的释放电压和电池充电时的充电电压及充电电流，进行计算。而电池的内部电阻可以通过测定电池放电时的放电电压及放电电流而进行计算。放电容量运算值可以从电池的放电电流、电压和放电效率的之积的累计值计算。进而也能利用电池的充电电流、电压和充电效率之积的累计值计算充电容量运算值。图2是电池等效电路的电路图。图中，1二次电池2运算电路3保护电路4开关元件5温度保险丝6电流检测电阻7记忆电路8温度传感器另外，在本说明书中，为了便于理解权利要求书的内容，将在实施例中出现的各部件对应符号标记在权利要求部分和技术方案部分。但是，并不等于将权利要求书中所述的部件限定在实施例中的部件。附图说明图1所示的组合电池具备二次电池1、用电能计算该二次电池1的剩余容量的运算电路2、电池保护电路3、受保护电路3控制的开关元件4、与开关元件4串联的温度保险丝5和检测电池电流的电流检测电阻6。二次电池1中串联或者并联有一个或多个二次电池1。二次电池是指能充电的所有电池，例如，锂离子二次电池、镍-氢电池、镍-镉电池等。运算电路2用电能(Wh)计算电池的剩余容量。可从电池充满状态减去放电容量计算出剩余容量，或者从充电容量减去放电容量进行计算。新电池的电池充满容量为额定容量。但是，电池的充满容量随着使用而减少。因此，运算电路2统计电池充放电的次数来修正充满容量。另外，从完全放电状态累计计算充电容量来修正充满容量，用电池电压检测电池完全放电状态。另外，也可由电池电压检测电池充满状态。锂离子二次电池中电压一达到设定电压就认为已处于充满状态。镍-氢电池、镍-镉电池是电压达到峰值电压、或检测出由峰值电压下降ΔV时，即认为处于充满状态。图2表示电池的等效电路。如该图所示，电池的内部电阻是串联连接的。在该等效电路中，将电池的输出电压设为VO，放电电流设为IL，内部电阻设为RL，供给负荷的电能设为P时，供给负荷的电能P满足下式。P＝VO×IL由运算电路2累计计算输出电压VO和电流IL之积，可计算出供给负荷的电能。但是，由电池输出的电能不仅被负荷所消耗，也被其内部电阻消耗。内部电阻消耗的电能为内部电阻电阻值乘上电流平方值。内部电阻消耗的电能变为RL×IL2。例如，将电池的内部电阻RL设为70mΩ，电池的平均输出电压VO设为3.7V，放电电流IL设为2A时，负荷消耗的电能P为3.7×2＝7.4W。这时，内部电阻消耗0.07×2×2＝0.28W的电能。内部电阻消耗的电能相当于负荷消耗电能的3.8％。因此，运算电路2只累计计算负荷的电能消耗，则会发生3.8％的误差。运算电路2为了准确计算放电容量，在负荷消耗的电能上加上内部电阻消耗的电能累计值。负荷消耗的电能可通过电池的放电电流IL和电压VO之积的累计值进行计算。为了更加准确地计算负荷消耗的电能，运算电路2由电池的放电电流、电压与放电效率之积的累计值计算放电容量运算值，在该放电容量运算值上加上内部电阻消耗的电能的累计值，并由此计算电池的放电容量。当将放电效率设为η时，运算电路2累计计算〔VO×IL×η〕，计算负荷消耗的放电容量运算值。进而，运算电路2累计计算〔RL×IL×IL〕，计算内部电阻消耗的电能的累计值。相加内部电阻消耗的电能的累计值与负荷消耗的电能，计算放电容量。准确计算放电容量后，从满充容量中减去放电容量，就能计算电池的剩余容量。另外，运算电路2也能从充电容量中减去放电容量计算剩余容量。这时，运算电路2利用电池的充电电流与电压之积的累计值计算充电容量。此时，由充电器供给电池的电能并不能全部被电池充电使用。充电电能的一部分因内部电阻而消耗。因此，在计算电池的充电容量时，先计算内部电阻消耗的电能累计值，再从累计计算充电电能而得的充电容量运算值中减去该值。充电时，当充电电流设为IC时，内部电阻消耗的电能的累计值是累计计算〔RL×IC×IC〕而得出。当电池供给电压设为VO，充电效率设为η时，充电容量运算值是通过累计计算〔VO×IC×η〕而得出。运算电路2为了计算内部电阻消耗的电能的累计值，计算内部电阻的电阻值。检测电池未充放电时的释放电压(VOPEN)和电池充电时的充电电压(VO)及充电电流(IC)，按下式计算内部电阻(RL)。RL＝(VOPEN-VO)/IC也可以通过检测出电池的释放电压、电池放电时的放电电压及放电电流，计算电池的内部电阻。这时，检测电池未放电时的电压-释放电压(VOPEN)和电池放电时的放电电压(VO)及放电电流(IL)，按下式计算电池的内部电阻(RL)。RL＝(VOPEN-VO)/IL考虑到温度和时间会引起电池的劣化，运算电路2也能修正已计算的内部电阻。一般状态下，二次电池1的电池性能随使用逐渐劣化。特别是在恶劣的使用环境下，其劣化尤为严重。电池一劣化其内部电阻也发生变化。因此，运算电路2能够以电池的使用温度和时间等作为参数修正内部本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冈田哲也，
申请(专利权)人：三洋电机株式会社，
类型：发明
国别省市：