CN101443949B - 用于控制电池的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制电池的装置，包括：用于在该装置接通时充一电压和在该装置断开时释放一电压的电容器；用于释放电容器中所充的电压的放电电路；用于为给电容器充电的目的将该电容器连接到预定电源或将该电容器从该预定电源断开的第一切换单元；用于将该电容器连接到放电单元或将该电容器从该放电单元断开的第二切换单元；用于测量该电容器中所充的电压的电压测量单元；以及，用于根据测得的电压计算断电持续时间的控制器。该装置可连续计算电池组的断电持续时间。

Description

用于控制电池的方法和装置
技术领域
本发明涉及用于控制电池的方法和装置，更具体而言，涉及用于通过计算断电持续时间而将电池的充电容量的计算错误减至最小的方法和装置。
背景技术
一般而言，如果电池的充电状态降低到一预定值以下，便携式电子设备进入省电模式以保护利用该便携式电子设备处于工作状态下的数据或防止由处于低充电状态下的电池导致的任何异常操作，从而允许便携式电子设备稳定运行。
然而，由于对电池充电的次数、环境的突然温度变化、电池组的不稳定性等，电池的充电容量经常被错误地测量。
更详细地，由于诸如锂离子电池之类的电池组(或者二次电池)，当其在充电/放电之后就被断开然后又被接通时，变得不稳定，因此电池组的开路电压可能并不对应于实际充电容量。
如果如上所述电池组的开路电压不对应于实际充电容量，基于电池组的开路电压计算的充电容量就变得不准确。
该电池组在预定断电持续时间之后变得稳定。因此，强烈寻求开发一种技术，该技术能够通过计算断电持续时间然后根据所计算的断电持续时间以不同的方式计算电池的充电状态来提高充电状态的计算精度。
发明内容
技术问题
本发明被设计用来克服现有技术的缺陷，因此本发明的一个目的是提供用于控制电池的装置和方法，该装置和方法能够计算电池组的断电持续时间。
本发明的另一目的是提供用于控制电池的装置和方法，该装置和方法能够通过根据电池组的断电持续时间以不同的方式计算电池组的充电状态来提高电池的充电状态的计算精度。
技术方案
为了实现以上目的，本发明提供了一种用于控制电池的装置，该装置包括：用于在该装置接通时充一电压和在该装置断开时释放一电压的电容器；用于释放电容器中所充的电压的放电电路；用于为给电容器充电的目的将该电容器连接到预定电源或将该电容器从该预定电源断开的第一切换单元；用于将该电容器连接到放电单元或将该电容器从该放电单元断开的第二切换单元；用于测量该电容器中所充的电压的电压测量单元；以及，用于根据测得的电压计算断电持续时间的控制器。
在本发明的另一方面，还提供了一种用于控制电池的装置，该装置包括：断电持续时间检测单元，其包括用于在该装置接通时充一电压和在该装置断开时释放一电压的充电电路；以及控制器，其用于根据在该装置接通时充电电路中所充的电压计算断电持续时间，如果断电持续时间超过一预定时间则根据在该装置接通时电池组的开路电压计算该电池组的充电状态(SOC)，如果断电持续时间少于该预定时间则根据表示该电池组的稳定性的特性曲线估计开路电压，以及根据所估计的开路电压计算电池的SOC。
在本发明的还一方面，还提供了一种用于控制电池的方法，该方法包括：当电力断开时，测量和存储一在电力接通时已被充电的充电元件的充电电压，并且还使该充电元件放电；以及，测量电力接通时该充电元件的充电电压，并根据测得的充电电压和所存储的充电电压之间的差计算断电持续时间。
具体地，该方法还可包括：检查断电持续时间是否少于一预定时间；以及，如果断电持续时间超过该预定时间，则根据当电力接通时电池组的开路电压计算电池组的SOC，但是，如果断电持续时间少于该预定时间，则根据表示该电池组的稳定性的特性曲线估计开路电压，然后基于所估计的开路电压计算电池组的SOC。
附图说明
图1是示出根据本发明一个优选实施方案的电池管理***的框图。
图2是图解根据本发明一个优选实施方案的用于控制电池的方法的流程图。
附图中主要部件的参考标号
100：控制器
102：存储器
104：断电持续时间检测单元
106：第一切换单元
108：二极管
110：电容器
112：放电电阻(放电电路)
114：第二切换单元
116：电压测量单元
具体实施方式
本发明通过计算电池组的断电持续时间然后根据所计算的断电持续时间以不同的方式计算电池组的充电状态(SOC)，可提高电池在被恢复活动时其SOC的计算精度。
将参照图1描述根据本发明一个优选实施方案的用于控制电池的装置(或电池管理***(BMS))的结构。
根据本发明的该优选实施方案，BMS的控制器100总体控制BMS，还连续计算断电持续时间以根据所计算的断电持续时间以不同的方式计算电池组的SOC。
根据本发明的该优选实施方案，存储器102存储包括控制器100的控制程序在内的各种信息，尤其存储电容器110的满充电电压和电容器110的断电充电电压。
断电持续时间检测单元104包括电容器110、用于测量电容器110的充电电压的电压测量单元116、第一和第二切换单元106和114、放电电阻112以及保护二极管108，其中所述电容器110连接到预定电源(直流，5[V])的输出端以在BMS接通时接收和充以预定电力并且还在BMS断开时释放该电力。
更详细地考察断电持续时间检测单元104的运作，切换单元106、114根据控制器100的控制将电容器110连接到预定电源的两端，或者将电容器110从该预定电源断开并将其连接到放电电阻112。
放电电阻112是代表本发明的放电电路的一个例子，应该理解，该具有至少一个电阻元件的电路可以各种方式改变，只要它可以释放电容器中所充的电压。
二极管108拦截(intercept)电容器110的充电电压使其不流回预定电源。
电压测量单元116测量电容器110两端的电压并将其结果提供给控制器100。这里，由于测得的电压借助电容器110和电阻112被表示为R-C放电曲线——该放电曲线为指数函数，因此它与断电持续时间对应。
电容器110可采用低ESR产品、具有低老化速率和低自放电速率的薄膜电容器等，电阻112可采用具有高精度的放电电阻。
此外，电容器110和电阻112可采用老化特性彼此相反的元件，使得它们的因运行而引起的退化对放电曲线的影响可最小化。
电容器110具有约1小时的放电时间，该放电时间对应于电池组的稳定时间。该时间应该根据电池的特性合适地选取。
现在，将参照图2详细说明BMS的运行。
控制器100检查BMS是被接通还是断开(步骤200，202)。如果BMS被接通，则控制器100利用电压测量单元116测量电容器110的充电电压，并控制第一和第二切换单元106、114将电容器110与预定电源连接(步骤206)。这里，当电容器110与预定电源连接时，电容器110被充电。
如果测量了电容器110的充电电压，控制器100检查电容器110在断电状态期间的断电充电电压是否被存储在存储器102中(步骤208)。如果电容器110的断电充电电压被存储了，那么控制器100读取所存储的断电充电电压，然后基于所读取的断电充电电压和电容器110的当前充电电压之间的差计算断电持续时间(步骤212，214)。
如果与上面所述不同，电容器110的断电充电电压未被存储在存储器102中，那么控制器100读取存储在存储器102中的电容器110的满充电电压，然后基于所读取的满充电电压和电容器110的当前充电电压之间的差计算断电持续时间(步骤210，214)。
此后，控制器100检查断电持续时间是否超过一预定时间，例如1小时(步骤216)。断电持续时间利用安装到控制器100的内部或外部的RTC(实时时钟)计算。如果断电持续时间超过该预定时间，则控制器100确定电池组足够稳定，然后测量开路电压以计算SOC(步骤218)。
如果与上面所述不同，断电持续时间少于该预定时间，则控制器100确定电池组目前不稳定，然后在考虑到电池组的不稳定状态的情况下计算SOC。为了在考虑到电池组的不稳定状态的情况下计算SOC，可在对稳定时间以及在BMS接通后在该稳定时间时的开路电压估计之后计算SOC。
也就是说，如果利用电容器110所计算的断电持续时间少于该预定时间，则控制器100根据施加给电池的最终电流估计表示电池的稳定性的特性曲线的一端点处的开路电压，然后基于所估计的开路电压计算电池的SOC。
如果不同于上面所述，BMS被断开，那么控制器100利用电压测量单元116测量电容器110的充电电压，并同时将电容器110从预定电源断开并控制第一和第二切换单元106、114以将电容器110与放电电阻112连接(步骤222)。这里，当电容器110与放电电阻112连接时，电容器110放电。
此后，控制器100将测得的电容器的充电电压存储到存储器102(步骤226)。
工业适用性
如上所述，本发明的电池管理***(BMS)计算电池组的断电持续时间并根据所计算的断电持续时间以不同的方式计算电池组的充电状态(SOC)，从而提高SOC的计算精度。
已经基于实施方案和附图描述了本发明。然而，应该理解，本发明不限于以上实施方案，本领域普通技术人员可根据上文作出各种改变和变体。
因此，本发明的实质应仅根据所附的权利要求书来理解，其等同物和等同变体也包含在本发明的范围内。

Claims (6)

1.一种用于控制电池的装置，包括：
用于在该装置接通时充一电压和在该装置断开时释放一电压的电容器；
用于释放所述电容器中所充的电压的放电电路；
用于为给所述电容器充电的目的将该电容器连接到预定电源或将该电容器从该预定电源断开的第一切换单元；
用于将所述电容器连接到放电单元或将所述电容器从该放电单元断开的第二切换单元；
用于测量所述电容器中所充的电压的电压测量单元；以及，
用于根据测得的电压计算断电持续时间的控制器。
2.根据权利要求1所述的用于控制电池的装置，还包括用于存储所述电容器的满充电电压或电力被断开时的充电电压的存储器，所述电力被断开时的充电电压是断电充电电压，
其中所述控制器读取存储在所述存储器中的满充电电压或断电充电电压，然后基于所读取的满充电电压或所读取的断电充电电压与测得的充电电压之间的差计算断电持续时间。
3.根据权利要求1所述的用于控制电池的装置，还包括用于拦截所述电容器中所充的电压使其不流到所述预定电源的二极管。
4.一种用于控制电池的装置，包括：
断电持续时间检测单元，其包括用于在该装置接通时充一电压和在该装置断开时释放一电压的充电电路；以及
控制器，其用于根据在该装置接通时所述充电电路中所充的电压计算断电持续时间，如果断电持续时间超过一预定时间则根据在该装置接通时电池组的开路电压计算该电池组的充电状态SOC，如果断电持续时间少于该预定时间则根据表示该电池组的稳定性的特性曲线估计开路电压，以及根据所估计的开路电压计算电池的充电状态SOC，其中所述断电持续时间检测单元包括：
用于在该装置接通时充一电压和在该装置断开时释放一电压的电容器；
用于释放所述电容器中所充的电压的放电电路；
用于为给所述电容器充电的目的将该电容器连接到预定电源或将该电容器从该预定电源断开的第一切换单元；
用于将所述电容器连接到所述放电电路或将所述电容器从该放电电路断开的第二切换单元；以及
用于测量所述电容器中所充的电压和将测得的电压提供给所述控制器的电压测量单元。
5.根据权利要求4所述的用于控制电池的装置，还包括用于存储所述电容器的满充电电压或电力被断开时的充电电压的存储器，所述电力被断开时的充电电压是断电充电电压，
其中所述控制器读取存储在所述存储器中的满充电电压或断电充电电压，然后基于所读取的满充电电压或所读取的断电充电电压与测得的充电电压之间的差计算断电持续时间。
6.一种用于控制电池的方法，包括：
当电力断开时，测量和存储一在电力接通时已被充电的充电元件的充电电压，并且还使该充电元件放电；以及，
测量电力接通时该充电元件的充电电压，并根据测得的充电电压和所存储的充电电压之间的差计算断电持续时间并且检查断电持续时间是否少于一预定时间；以及，
如果断电持续时间超过该预定时间，则根据当电力接通时电池组的开路电压计算电池组的充电状态SOC，但是，如果断电持续时间少于该预定时间，则根据表示该电池组的稳定性的特性曲线估计开路电压，然后基于所估计的开路电压计算该电池组的充电状态SOC。
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