本发明专利技术涉及一种方法和一种设备，比如用于确定已被充电或放电并且尚未达到其平衡状态的电池的荷电状态的充电器，所述方法包括以下步骤：通过对在所述充电或放电过程之后的弛豫期间采样的电池电压进行外插来确定所述电池的ＥＭＦ，其中所述外插是基于仅仅使用在所述弛豫过程期间采样的变量的模型；以及通过使用ＥＭＦ与所述荷电状态之间的预定关系从所述电池的ＥＭＦ导出所述荷电状态。该方法是一种无需事先存储参数的电压预测方法。替代地，基于电压弛豫曲线的所测量的第一部分和对于所述弛豫曲线的该所测部分的函数的数学优化／拟合来确定电压弛豫终值。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
精确且可靠的荷电状态(State-of-Charge) ( SoC )指示是任何由 可再充电电池供电的设备上的重要特征。利用精确且可靠的SoC指示， 用户将使用全部可用的电池容量，这将防止会导致电池更早用坏的不 必要的再充电。已经公布了多种针对SoC指示的方法并且申请了专利。 基本上这些方法可以被分成两组，即直接测量和簿记，正如在H. J. Bergveld、 W. S. Kruijt、 P. H. L. Notten的"Battery Management Systems - Design by Modelling(电池管理系统——建模设计)"(Philips Research Book Series, vol.1, Kluwer Academic Publishers, Boston, 2002， ISBN 1-4020-0832-5 ) —书中(特别是在该文献的第6章中)所 描述的那样。在直接测量的情况下，测量一个电池变量(比如端子电压、阻抗 或温度)并且例如基于查找表或函数将该测量值直接转换成SoC值。 这组方法的主要优点在于， 一旦所述SoC指示系统被连接到所述电池 之后，就可以开始测量并且可以确定SoC。这组方法的主要缺点在于， 很难在所述查找表或函数中包括所有相关的电池行为。这意味着在所 述查找表或函数中没有预见到的用户条件下，必须通过对所述制成表 的数据进行内插或外插来获得所述SoC。这就导致所预测的SoC不精 确。
技术介绍
据US-A-6 420 851公开，所谓的电动势(EMF )是通过直接测量 得到的用于SoC指示的一种有用的电池变量。EMF是正、负电极的平 衡电势差，并且可以在电池平衡时于所述电池端子处测量，所谓的平 衡即没有外部电流流动并且电池电压已经从先前的充电/放电电流的施 加完全弛豫。通过测量平衡条件下的电池电压，可以通过存储在所述 系统中的EMF-SoC关系把所测量的电压转换成SoC值。所存储的该 曲线可以由SoC指示系统制造商按照几种方式在实验室中获得，其中 包括内插、外插和弛豫。EMF-SoC关系的优点在于，在把SoC绘制于例如从0%-100%的相对轴上的条件下，当电池老化时，所述曲线保持不变。但是这种方法在有外部电流流动时或者在电流流动之后电池 电压完全弛豫之前不能工作，这是因为电池端子电压在这种情况下不等于EMF。簿记方法组的基础是库仑计数，即尽可能精确地测量流进及流出 电池的电流，并且对净电流进行积分。这在所述电池是线性电容器的 情况下将得到良好的SoC指示。不幸的是，这种情况并不成立。例如， 由于扩散限制，所存储的电荷并非在所有条件下都可用于用户，并且 当电池不在使用中时，电池电荷将由于自放电而緩慢减少。这种电池 相关的行为大多数都与温度和SoC密切相关，并且在库仑计数之外还 需要考虑这些行为，例如通过降低取决于电池的SoC和温度的计数器 内容来考虑自放电。其主要优点在于， 一般来说，制成表的数据的数 量可以少于直接测量系统中的情况。其主要缺点在于(i)所述系统 需要一直连接到电池；(ii)在第一次连接时，所述系统不知道SoC(即 必须对积分起始点进行编程)；以及(iii)需要校准点。后一个缺点是 因为所述系统以时间积分为基础，这意味着被存储在所述系统中的电 池行为的测量误差和误差将随着时间累积。在可再充电电池的情况下， 定义在使用中会足够经常遇到的校准点是一项艰巨的挑战。在直接测量SoC指示系统和簿记SoC指示系统中，电池行为都将 由于老化而随着时间改变。例如，最大可用电池容量将随着时间降低。 老化过程与使用条件密切相关，比如所施加的充电和放电电流、贮存 条件、温度等等。为了应对老化，需要为所述系统添加某种形式的适 应性以便更新参数值，从而使得SoC预测在电池老化时保持精确。基于上面描述的知识，Philips研究机构已经开发了一种能够组合 直接测量与簿记的优点的SoC指示方法。所述方法的主要特征在于， 当电池处于所谓的平衡状态时通过电压测量来执行SoC估计，并且当 电池处于非平衡状态时则通过电流测量来执行SoC估计。在平衡的情 况下没有外部电流流动或者仅由4艮小的外部电流流动，并且电池电压 已经从先前的充电或放电完全弛豫。如上所述，在平衡条件下，所测 量的电池电压实际上等于电池的EMF。因此，在这些条件下可以应用 EMF方法。当电池处于非平衡状态时，所述电池或者被充电或者被放 电，并且通过电流积分来计算从所述电池吸取的或者提供给所述电池6的电荷。从先前计算的SoC值中减去或加上该电荷。除了估计作为仍然存在于电池内部的电荷数量的一种度量的SoC 之外，所述方法还预测所述应用在预定义的条件下的剩余使用时间。 这是通过估计在电池电压将下降到低于所谓的放电终止电压Ve。d之前 所要花费的时间而实现的。该电压是最小电压，低于该电压则所述应 用将不再起作用。为了估计这一时间，基于SoC的当前值、所存储的 EMF曲线和所谓的超电势函数对于所选的负载条件预测电池电压的进 程。当电池被放电时，可以通过从EMF值中减去所述超电势而得到其 电压。所述超电势取决于几个因素，其中包括SoC、电流、温度和时 间，但是还取决于诸如所述电极的欧姆串联电阻之类的因素。这种SoC指示方法已经在US-A-6 515 453中申请专利，该方法后这也在WO-A-2005085889中申请了专利。本专利技术所克服的问题或缺点上面描述的SoC指示方法的一个优点在于，每次电池返回平衡时， 可以基于电压测量和应用所述EMF方法来校准在先前的充电/放电周 期期间利用库仑计数所获得的SoC。这与可以买到的簿记系统相比是 一个优点，所述可以买到的簿记系统通常仅仅使用一个或两个并不常 遇到的校准点，即"电池满"(在充电器中确定)和"电池空"(当 电池电压在特定条件下下降到低于所述放电终止电压时确定)。换句 话说，所提出的系统的校准频度高于现有的簿记系统，从而在保持簿 记系统的优点的同时得到更高的精度。上面描述的SoC指示系统的另一个优点在于，可以在不必对电池 施加完全充电/放电周期的情况下更新最大容量。假设从平衡状态开始 对电池充电或放电特定的最小电荷数量，此后电池返回平衡，可以简 单地通过把所述充电或放电步骤之前与之后的SoC差1%和在所应用数量q相关来计算所述最大容量。现有的系统总是必须应用一个完全 充电/放电周期来确定最大可用电池容量。SoC指示系统能够精确地确定电池处于平衡状态是非常重要的。 如果电池电压尚未稳定并且所述算法进入平衡模式，则电池电压将高 于(当电流在充电步骤之后被中断时)或低于(当电流在放电步骤之后被中断时)EMF，从而导致过高(从充电步骤返回)或过低(从放 电步骤返回)的预测SoC值。当这一错误的SoC值被用于校准时，所 述系统的精度就受到损害。这对于最大容量的更新同样成立。例如，全弛豫，则在应用所迷放电步骤之后返回平衡状态时所预测的SoC将 过低，因此最终计算出的最大容量将过低。这意味着在上面提到的参 考文献中描述了精确返回所述算法的平衡状态的问题。作为说明，在图1中描绘了在应用了放电步骤之后的电池电压的 弛豫过程。该图示出了在0%SoC (电池空)和5°C下的0.本文档来自技高网...
【技术保护点】
用于确定已被充电或放电并且尚未达到其平衡状态的电池的荷电状态（ＳｏＣ）的方法，所述方法包括以下步骤： 通过对在所述充电或放电过程之后的弛豫期间采样的电池电压进行外插来确定所述电池的ＥＭＦ，其中所述外插是基于仅仅使用在所述弛豫过程期间采 样的变量的外插模型；以及 通过使用所述电池的ＥＭＦ与荷电状态（ＳｏＣ）之间的预定关系从所述电池的ＥＭＦ导出所述电池的荷电状态（ＳｏＣ）。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：HJ伯格维尔德，V波普，PHL诺滕，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]
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