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CN108896912A - 用于确定电池的健康状态的方法和装置 - Google Patents

用于确定电池的健康状态的方法和装置 Download PDF

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CN108896912A
CN108896912A CN201810418444.5A CN201810418444A CN108896912A CN 108896912 A CN108896912 A CN 108896912A CN 201810418444 A CN201810418444 A CN 201810418444A CN 108896912 A CN108896912 A CN 108896912A
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battery
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during
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英雄近藤
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Cypress Semiconductor Corp
Original Assignee
Cypress Semiconductor Corp
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Abstract

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。

Description

用于确定电池的健康状态的方法和装置
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。
在另一方面，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方法包括：在第一打开状态期间测量剩余容量；根据所测量的剩余容量确定所预期的电池电压；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使电池放电；在第三时间段期间测量来自所预期的电池电压的电压变化；基于所测量的电压变化计算老化电阻；以及基于所计算的老化电阻和一组电池特性数据来计算电池的健康状态。
在上述方法的一个操作中，使电池准备好还包括：在第二打开状态期间测量实际电池电压；并且在第二打开状态期间将实际电压与所预期的电压进行比较。
在一个操作中，上述方法还包括：在第三时间段期间测量通过电池的电流；基于老化电阻计算电阻比；以及基于电阻比确定老化容量；其中计算电池的健康状态包括将老化容量除以原始容量。
在上述方法的一个操作中，一组电池特性数据包括：原始电阻与剩余容量；以及原始容量。
在一个操作中，上述方法还包括：在第一打开状态期间测量第二电池电压；比较所预期的电池电压和第二电池电压；以及在第二电池电压小于所预期的电池电压的情况下使电池准备好。
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。
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组件和步骤。
图1是根据本技术的示例性实施方案的电子系统的框图；
图2是曲线图，示出了根据本技术的示例性实施方案的电池的电池电压与相对充电状态之间的关系；
图3是曲线图，示出了根据本技术的示例性实施方案的新电池的内部电阻与相对充电状态之间的关系；
图4是曲线图，示出了根据本技术的示例性实施方案的老化电池的有效容量与电阻比之间的关系；
图5A是根据本技术的示例性实施方案的用于获得电池的健康状态的流程图；
图5B是根据本技术的示例性实施方案的用于获得电池的健康状态的另选流程图；以及
图6是根据本技术的示例性实施方案的电池的电压和电流波形。
具体实施方式
本技术可在功能块部件和各种加工步骤方面进行描述。此类功能块可通过被配置成执行指定功能并且实现各种结果的任何数量的部件来实现。例如，本技术可采用可执行多种功能的各种电压传感器、电流传感器、库仑计数器、逻辑门、存储器设备、半导体器件，诸如晶体管和电容器等。此外，本技术可结合任何数量的系统(诸如汽车、航空航天、医疗、科学、监视和消费电子器件)实施，并且所述的这些系统仅为该技术的示例性应用。另外，本技术可采用用于测量电压、测量电流、测量温度、执行各种数学计算等的任何数量的常规技术。
根据本技术的各个方面的用于测量电池的健康状态(SOH)的方法和装置可结合任何合适的电子系统和/或设备(诸如“智能设备”、可穿戴设备、消费电子器件、便携式设备、电池供电车辆等)一起操作。参见图1，示例性系统100可结合到由可再充电电池(诸如锂离子电池)供电的电子设备中。例如，在各种实施方案中，系统100可包括电池系统105、应用处理器115和电源管理IC(PMIC)110，它们一起操作以将合适的功率电平提供给电子设备。
电池系统105将功率和电池信息提供给电子设备的各种部件，诸如应用处理器115和PMIC 110。电池系统105可通过任何合适的方法电子或通信地耦接，以允许电池系统105向PMIC 110和/或应用处理器传输数据和/或电池信息，并且从PMIC 110和/或应用处理器传输数据和/或电池信息。电池信息可包括任何合适的标准，诸如电池的容量、电池的运行时间等。
电池系统105可包括用于提供电力和电池信息的任何合适的设备或系统。例如，在示例性实施方案中，电池系统105可包括电池组120、可切换充电器185、可切换负载190和电量计电路150。在各种实施方案中，系统100还可包括定时单元(未示出)以根据预先确定的定时周期来操作各种电路。
电池组120可向系统100供电，并且可包括电池125，诸如可再充电锂离子(Li-ion)电池、镍金属氢化物电池(NiMH)、镍镉(NiCd)电池、锂离子聚合物(LiPo)电池等。在示例性实施方案中，电池125在电池125的负电极与正电极之间生成电压Vb。
电池组120还可包括温度传感器(未示出)，其根据电池125的温度来提供信号。温度传感器可包括热敏电阻器(未示出)，该热敏电阻器生成与电池125的温度相对应的热敏电阻器电压。然而，温度传感器可包括用于生成与电池125的温度相对应的信号的任何适当的传感器或其他设备或系统。
可切换充电器185可被配置为选择性地耦接到电池125并且对电池125充电。可切换充电器185可包括用以生成电流IDD以对电池125充电的任何合适的设备和/或系统。例如，可切换充电器185可包括充电器170和第一开关130。第一开关130可根据来自电量计电路150的第一控制信号S1进行操作。例如，第一控制信号S1可打开第一开关130以使电池125与充电器170断开连接，并且闭合第一开关130以将电池125连接到充电器170。
可切换负载190可被配置为选择性地耦接到电池125以使电池125放电。可切换负载190可包括用以从电池125汲取电流IDD的任何合适的设备和/或系统。例如，可切换负载190可包括负载175和第二开关135。第二开关135可根据来自电量计电路150的第二控制信号S2进行操作。第二控制信号S2可打开第二开关135以使电池125与负载175断开连接，并且闭合第二开关135以将电池125连接到负载175。
电量计电路150可被配置为接收各种输入，监测电池容量，并且确定电池125的SOH。电量计电路150可接收对应于各种系统数据的信号，诸如来自温度传感器的温度信号和/或诸如来自PMIC 110的控制信号。电量计电路150还可响应于所接收的输入信号或所确定的电池的SOH而产生各种类型的控制信号，诸如用以控制充电、放电和放松周期的控制信号，以及对应于电池125的SOH的信号。电量计电路150可进一步被配置为测量电池125的各种参数，诸如：电压Vb，电流IDD，以及剩余容量(也表达为RSOC)。
电量计电路150还可被配置为执行各种计算。电量计电路150可包括任何数量的合适电路和/或系统，并且可以以任何合适的方式实施，诸如以大规模集成(LSI)电路的形式实施。例如，在一个实施方案中，电量计电路150可包括控制电路180、电压检测电路160、电流检测电路165、容量计算电路155、逻辑单元140和存储器145。
在各种实施方案中，电量计电路150还可包括定时器(未示出)以跟踪和测量时间间隔(时间段)。例如，定时器可用于促进电流IDD在预先确定的时间段内的积聚并且/或者可用于跟踪充电、放电和打开状态(电池既不充电也不放电的状态)的周期。
控制电路180可被配置为传输各种控制信号以激活和/或操作电池系统105内的各种设备和/或子系统。例如，控制电路180可以通信地耦接到可切换充电器185并且耦接到可切换负载190。控制电路180可传输第一控制信号S1以选择性地将可切换充电器185耦接到电池125/将可切换充电器185从电池125解耦。类似地，控制电路180可传输第二控制信号S2以选择性地将可切换负载190耦接到电池125/将可切换负载190从电池125解耦。控制电路180可进一步被配置为传输第三控制信号S3以激活电流检测电路165，并且传输第四控制信号S4以激活电压控制电路160。
电压检测电路160可被配置为检测和/或测量电池125的电压Vb。电压检测电路160可耦接到电池125，诸如电池125的正端子(+)。电压检测电路160可包括适用于检测和/或测量电压Vb的任何电路和/或系统。在示例性实施方案中，电压检测电路160可耦接到存储器145并且被配置为将数据(例如，与所测量的电压Vb相对应的电压数据)传输到存储器145和/或逻辑单元140。电压检测电路160可响应于来自控制电路180的第四控制信号S4来检测和/或测量电压Vb。
检测电路165可被配置为检测和/或测量电池125的电流IDD。例如，电流检测电路165可检测和测量电流IDD的方向和大小。电流检测电路165可通过任何合适的方法耦接到电池125，诸如耦接到电池125的正端子(+)。电流检测电路165可包括适用于检测和/或测量电流IDD的任何电路和/或系统。在示例性实施方案中，电流检测电路165可耦接到存储器145并且被配置为将数据(例如，与所测量的电流IDD相对应的电流数据)传输到存储器145和/或逻辑单元140。电流检测电路165可响应于来自控制电路180的第三控制信号S3来检测和/或测量电流IDD。
存储器145可被适当地配置为存储要由逻辑单元140执行的程序和各种类型的电池特性数据，诸如原始(新)电池规格(例如，新电池的原始(满充电)容量和原始电阻值)、老化电池规格(例如，老化容量和老化电阻值)、和/或两个变量之间的关系数据(例如，容量-电阻比数据、电阻-RSOC数据和OCV-RSOC数据)。例如，存储器145可包括ROM(只读存储器)和RAM(随机存取存储器)。存储器145的存储区域可包括程序存储单元，以存储用以操作逻辑单元140的程序。
存储器145可被配置为存储两个或更多个变量之间的各种数据点，诸如查找表或其他合适的形式。例如，并且参见图2-图4，存储器145可存储指示电池125的电压Vb与电池125的剩余容量(通常以毫安小时，mAh表达)之间的关系的数据(即，OCV-RSOC数据)(图2)。一般来讲，电池的剩余容量可以表达为百分比，并且被称为电池125的相对充电状态(RSOC)。
类似地，存储器145可存储指示在电池125老化时电池125的容量与电池125的电阻比B之间的关系和/或相关性的数据(即，容量-电阻比数据)(图4)。一般来讲，在电池125老化时，电阻比B增加并且容量减小。容量-电阻比数据还可包含在电池125是新的并且尚未老化时与电池规格相关的信息。例如，新电池将具有等于1的电阻比B，并且可具有等于3000mAh的原始容量Q。在电池125老化时，电阻比可称为老化电阻比B’，并且容量可称为老化容量Q’。
OCV-RSOC数据可包括根据在打开状态期间各种电池电压和对应的RSOC值的电池的特性曲线。一般来讲，在打开状态期间的电压Vb被称为开路电压(OCV)，并且特性曲线可被称为OCV曲线。因此，OCV-RSOC数据可用于根据已知的RSOC(也称为所预期的电池特性数据)来确定所预期的电压(OCV)。例如，在一个代表性实施方案中，如果RSOC是20％，则所预期的电压为约3500mV。
剩余容量计算电路155可被适当地配置为确定电池125的剩余容量(或当表达为百分比时的RSOC)。在一个实施方案中，剩余容量计算电路155可被配置为通过测量电池125的电压Vb来确定剩余容量。一般来讲，使用电池的电压Vb来确定剩余容量被称为“电压法”。在另一个实施方案中，剩余容量计算电路155可被配置为在一段时间内测量电池125的流入和流出电流IDD，并且报告所累积的电荷。这可用分流器(诸如耦接到电池125的负端子(-)的感测电阻器(未示出))来完成，在本实施方案中，剩余容量计算电路155监测在电池125充电和放电时感测电阻器两端的电压，作为电流IDD的指示。随后在一段时间内对电流IDD进行积聚，并报告为剩余容量(以mAh计或作为百分比)。
剩余容量计算电路155还可使用其他合适的参数，诸如所测量的电池温度，来相应地调节剩余容量。例如，如果剩余容量为1,650mAh，则值1,650mAh可基于电池125的温度增加或减小。一般来讲，在电池的温度增加时，电池容量也增大。
逻辑单元140可控制电量计电路150，并且通过执行存储于存储器145中的各种程序来实现各种功能。逻辑单元140可进一步被配置为执行各种计算，从存储器145提取数据，并且/或者接收执行计算所需的相关数据，诸如电池125的所测量的电压Vb和/或所测量的电流IDD。逻辑单元140可包括任何合适的设备和/或系统，并且可通过使用软件、硬件或它们的组合来实现。
例如，逻辑单元140可被配置为计算老化电阻R’。在示例性实施方案中，老化电阻R’根据以下等式等于电压变化ΔV除以所测量的电流IDD：
等式1 R’＝ΔV/IDD。
逻辑单元可进一步被配置为计算老化电阻比B’。在示例性实施方案中，老化电阻比B’根据以下等式等于老化电阻R’除以原始电阻R：
等式2 B’＝R’/R。
逻辑单元140可根据电池125的老化容量Q’和原始容量Q来计算SOH值。在示例性实施方案中，SOH值根据以下等式等于老化容量Q’除以原始容量Q，乘以100：
等式3 SOH＝Q’/Q*100。
数字SOH值可对应于电池125的特定SOH指标。
逻辑单元140可进一步被配置为从存储在存储器145中的查找表或其他数据存储方案中提取数据。例如，逻辑单元140可被配置为例如根据图2中描述的数据提取对应于已知RSOC的第一电压V1(OCV)，例如根据图3中描述的数据提取对应于已知RSOC的电阻，并且/或者例如根据图4中描述的数据提取对应于老化电阻比B’的容量值。
逻辑单元140可进一步解释SOH值并且生成适当的指标，诸如指示灯、消息、信号等，以向用户通知电池125的SOH。逻辑单元140可解释SOH值，以指示电池125的运行时间和/或电池125的总剩余寿命。例如，逻辑单元140可适于向用户提供电池125是处于极佳、良好、逐渐衰退还是不良的健康状态的指示。逻辑单元140可进一步向用户提供一些指令或消息以采取一些特定动作，诸如生成指示更换电池125的指标。一般来讲，SOH值可用于指示电池125的总体SOH。例如，如果SOH值等于50％，则这意味着电池125已损失其充电容量的50％，并且逻辑单元140可将该值解释为电池具有逐渐衰退的健康状态，并且向用户指示应更换电池125。
应用处理器115可例如基于从电池系统105接收的控制信号来控制电子设备。此外，应用处理器115可将从电池系统105输出的数据传送到驱动电路(未示出)，该驱动电路可被配置为驱动电子设备内的显示单元。驱动电路可驱动显示单元，使得可基于来自应用处理器115的数据而在显示单元上显示剩余电池容量、电池的温度、电池的运行时间、电池的SOH等。
PMIC 110可管理应用处理器115、电量计电路150和/或电池125的功率要求。PMIC110可耦接到电池系统105，以确保电池125根据特定组的规格进行操作，并且确保电池125向应用处理器115提供适当量的功率。例如，PMIC 110可管理电池操作状态，执行DC到DC转换，执行电压缩放，执行电力排序，执行电源选择和/或其他杂项功能。PMIC 110可包括适用于电池管理、电压调节、充电功能等的任何电路和/或系统。PMIC 110还可包括与存储器145类似的存储器设备，以存储配置数据。
在操作中，电量计电路150可执行电池125的健康检查，以确定老化对电池容量、电池的内部电阻和电池的剩余寿命的影响。电量计电路150可在计算SOH值之前使电池准备好，以确保使用适当的参考电压来执行后续计算。
在示例性操作中，并且参见图1-图6，电量计电路150可根据任何合适的方法确定电池125的剩余容量(500)。在示例性实施方案中，在第一打开状态期间电量计电路150测量剩余容量。在第一打开状态期间，电池125既不充电也不放电，并且可在正常操作过程中遵循充电周期或放电周期。电量计电路150可使用存储在存储器145中的数据来确定对应的变量。例如，电量计电路150可使用数据点(诸如图2所示的数据)，根据来自存储器145的剩余容量来提取所预期的OCV(第一电压V1)(505)。电量计电路150可进一步使用剩余容量来使用数据点(诸如图3所示的数据)从存储器145提取相关的原始电阻R(555)(也称为所预期的电池特性数据)。
电量计电路150然后可在第一打开状态期间例如通过使用电压检测电路160来测量实际电压V2(第二电压)(510)。在第一打开状态期间测量的实际电压V2也可称为在T0处的第二电压和第二电压V2T0)。电量计电路150可使用逻辑单元140来比较第一电压V1与第二电压V2T0以确定它们是否相等(515)。一般来讲，紧接着在充电或放电周期之后第一电压V1不等于第二电压V2T0，并且在电压返回到OCV电平之前需要长的打开周期。如果第一电压V1等于第二电压V2T0，则电量计电路150可通过操作第一开关130和第二开关135来促进放电周期(535)，测量第三(实际)电压V3，测量电流IDD(545)，并且继续计算相关变量以确定电池125的SOH。如果第二电压V2T0小于第一电压V1，则电量计电路150使电池125准备好(520)。如果第二电压V2T0大于第一电压V1，则再次测量实际第二电压V2T0(510)。在各种实施方案中，电量计电路150可在步骤516处第一电压V1和第二电压V2T0的比较与在步骤510处实际第二电压V2T0的重新测量之间施加时间延迟(517)。根据各种实施方案，时间延迟可在10ms至100ms的范围内，例如约20ms。
电量计电路150可通过以下动作使电池125准备好(520)：以特定顺序操作耦接到充电器170和负载175的第一开关130和第二开关135以实现充电周期、放电周期和打开周期中的一者。使电池125准备好(520)可包括对电池125充电持续第一时间段T1(也称为充电周期)(525)。对电池125充电可通过经由第一开关130选择性地将充电器170耦接到电池125，以及通过打开第二开关135将电池125与负载175断开连接来完成。第一时间段T1可在10ms至1000ms的范围内，例如约50ms。
使电池125准备好(520)还可包括创建第二打开状态持续第二时间段T2(也称为第二打开周期)(530)。在示例性实施方案中，第二时间段T2可在10ms至1000ms的范围内，例如约100ms。第二打开状态可通过经由第一开关130使电池125与充电器170断开连接并且经由第二开关135使电池125与负载175断开连接来创建。在第二打开周期期间，电池125既不充电也不放电(也称为“放松”)。据观察，在第二打开周期期间，电池电压返回到参考电压。一般来讲，参考电压是电池125的OCV，该OVC根据剩余容量变化，如图2所示。
使电池准备好(520)还可包括使电池放电持续第三时间段T3(也称为放电周期)(535)。在示例性实施方案中，第三时间段T3可在10ms至1000ms的范围内，例如约50ms。使电池125放电可通过经由第二开关135选择性地将负载175耦接到电池125，以及通过打开第一开关130将电池125与充电器170断开连接来完成。在放电周期期间，电量计电路150可测量第三电压V3(540)。例如，电量计电路150可采用电压检测电路160以测量电压Vb。基本上同时地，电量计电路150可进一步采用电流检测电路165来测量电池125的电流IDD(545)。在各种实施方案中，所测量的电压Vb和电流IDD可被传输到存储器145并且存储。在其他实施方案中，所测量的电压Vb和电流IDD可被传输到逻辑单元140。
在一个实施方案中，并且参见图5B，使电池125准备好(520)还可包括在打开状态/第二时间段(V2T2)期间再次测量实际电压V2(575)。在第二时间段T2期间所测量的实际电压V2也可称为在T2处的第二电压和第二电压V2T2。电量计电路150可使用逻辑单元140来比较第一电压V1与第二电压V2T2以确定它们是否相等(580)。如果第一电压V1不等于第二电压V2T2，则电量计电路150可启动另一个充电周期(525)、另一个打开周期(530)，并且再次测量第二电压V2T2(575)。电量计电路150可继续该循环，直到第一电压V1等于第二电压V2T2。如果第一电压V1等于第二电压V2T2，则电量计电路150可启动放电周期(535)，测量第三电压V3，并且继续计算相关变量以确定电池125的SOH。
在示例性操作中，顺序地执行充电周期、第二打开状态和放电周期，并且每个周期T1、T2、T3的时间长度可根据各种因素(诸如特定应用、电池容量、功耗限制和/或其他合适因素)而预先确定(预设)。假设充电周期将电池125的电压升高到OCV(V1)以上。由于观察到在打开状态期间，电压在相对较短的时间段内返回到OCV，所以当电池125在放电周期期间放电时，电压降(ΔV)表示从OCV的下降。如果电压降是从不同于OCV的参考电压测量的，则老化电阻R’将不准确，因此使用老化电阻R’的后续计算也将不准确。
控制电路180、逻辑单元140和/或定时单元可以彼此协同操作以促进充电、放电和放松。例如，控制电路180、逻辑单元140和/或定时单元可协同操作以在适当的时间生成第一控制信号S1和第二控制信号S2，并且传输生成的第一控制信号S1和第二控制信号S2以相应地操作(打开/闭合)第一开关130和第二开关135。第一控制信号S1和第二控制信号S2的特定定时以及第一开关130和第二开关135的操作可基于特定应用、电池容量、功耗限制和其他相关因素。
电量计电路150然后可计算老化电阻R’(550)。例如，逻辑单元140可经由来自相应检测电路(例如，电压检测电路160和电流检测电路165)的直接接收或经由存储器145所接收测量的电压Vb和电流IDD。逻辑单元140可使用所测量的电压Vb和电流IDD以根据以上等式1来计算老化电阻R’。在各种实施方案中，电量计电路150可利用老化电阻值R’来计算与电池125相关的各种参数。例如，电量计电路150可基于老化电阻值R’计算电阻比。电量计电路150然后可使用电阻比来执行后续计算，诸如老化容量Q’和SOH值。在各种实施方案中，电量计电路150可采用逻辑单元140来检索电池特性数据，诸如原始电阻和原始容量。
电量计电路150然后可计算电阻比(560)。例如，逻辑单元140可使用老化电阻R’和原始电阻R(根据步骤555并且如上所述提取)以根据等式2来计算老化电阻比B’。
电量计电路150然后可根据电阻比确定老化容量Q’(565)。例如，逻辑单元140可使用数据点(诸如图4所示的数据)从存储器145提取与电阻比相对应的老化容量Q’。
电量计电路150然后可根据老化容量Q’计算SOH值(570)。例如，逻辑单元140可从存储器145提取电池125的原始容量Q并且根据等式3计算SOH值。一般来讲，老化容量Q’小于原始容量Q，因为电池125的原始(满充电)容量随着老化而降低。
根据各种实施方案，电量计电路150可将SOH值传输到应用处理器115，其中应用处理器115可向用户提供警报或适当的通知。例如，应用处理器115可将SOH值转换为电池125的健康的对应指标和/或任何合适的参数，诸如“极佳”、“中等”、“不良”、“故障”等。应用处理器115还可在SOH值降至预先确定的值以下的情况下经由显示屏(未示出)和/或音频部件(未示出)通知用户更换电池125。对应于特定SOH值的参数(指标)可基于电池125的规格，诸如满充电容量、温度、操作规格、充电/放电周期的数量等。
在各种实施方案中，电量计电路150可测量相关数据点并且根据预先确定的健康检查调度来计算SOH值。健康检查调度可基于电池125的特定应用(诸如移动电话或汽车)、电池规格和/或任何其他合适的参数。例如，就电池供电的汽车而言，电量计电路150可每6个月执行健康检查。
在上述描述中，已结合具体示例性实施方案描述了所述技术。所示和所述特定具体实施方式用于展示所述技术及其最佳模式，而不旨在以任何方式另外限制本技术的范围。实际上，为简洁起见，方法和系统的常规制造、连接、制备和其它功能方面可能未详细描述。此外，多张图中示出的连接线旨在表示各种组件之间的示例性功能关系和/或步骤。在实际系统中可能存在多个替代的或另外的功能关系或物理连接。
已结合具体示例性实施方案描述了所述技术。然而，可在不脱离本技术的范围的情况下作出各种修改和变化。以示例性而非限制性方式考虑说明和附图，并且所有此类修改旨在包括在本技术的范围内。因此，应通过所述的一般实施方案及其在法律意义上的等同形式，而不是仅通过上述具体示例确定所述技术的范围。例如，除非另外明确说明，否则可以任何顺序执行任何方法或工艺实施方案中列举的步骤，并且不限于具体示例中提供的明确顺序。另外，任何装置实施方案中列举的部件和/或组件可以多种排列组装或者以其他方式进行操作配置，以产生与本技术基本上相同的结果，因此不限于具体示例中阐述的具体配置。
上文已经针对具体实施方案描述了有益效果、其他优点和问题解决方案。然而，任何有益效果、优点、问题解决方案或者可使任何具体有益效果、优点或解决方案出现或变得更明显的任何要素都不应被解释为关键、所需或必要特征或组成部分。
术语“包含”、“包括”或其任何变型形式旨在提及非排他性的包括，使得包括一系列要素的过程、方法、制品、组合物或装置不仅仅包括这些列举的要素，而且还可包括未明确列出的或此类过程、方法、制品、组合物或装置固有的其他要素。除了未具体引用的那些，本技术的实施所用的上述结构、布置、应用、比例、组件、材料或组件的其他组合和/或修改可在不脱离其一般原理的情况下变化或以其他方式特别适于具体环境、制造规范、设计参数或其他操作要求。
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来自第一电压的电压变化；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；并且在第三时间段期间测量第三电压。
在一个实施方案中，电压变化是第一电压与第三电压之间的差值。
在一个实施方案中，电量计电路进一步被配置为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，电量计使电池准备好。
在一个实施方案中，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；并且通过将电压变化除以所测量的电流来计算老化电阻。
在一个实施方案中，电量计电路进一步被配置为：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。
在另一方面，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方法包括：在第一打开状态期间测量剩余容量；根据所测量的剩余容量确定所预期的电池电压；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使电池放电；在第三时间段期间测量来自所预期的电池电压的电压变化；基于所测量的电压变化计算老化电阻；以及基于所计算的老化电阻和一组电池特性数据来计算电池的健康状态。
在一个操作中，使电池准备好还包括：在第二打开状态期间测量实际电池电压；并且在第二打开状态期间将实际电压与所预期的电压进行比较。
在一个操作中，用于确定电池的健康状态的方法还包括：在第三时间段期间测量通过电池的电流；基于老化电阻计算电阻比；以及基于电阻比确定老化容量。
在一个操作中，计算电池的健康状态包括将老化容量除以原始容量。
在一个操作中，一组电池特性数据包括：原始电阻与剩余容量；以及原始容量。
在一个操作中，用于确定电池的健康状态的方法还包括：在第一打开状态期间测量第二电池电压；比较所预期的电池电压和第二电池电压；以及在第二电池电压小于所预期的电池电压的情况下使电池准备好。
在又一个方面，能够监测电池和电池特性的系统包括：可切换充电器，该可切换充电器被配置为选择性地耦接到电池；可切换负载，该可切换负载被配置为选择性地耦接到电池；电量计电路，该电量计电路被配置为耦接到电池，并且通信地耦接到可切换充电器和可切换负载，其中电量计电路被配置为：在第一打开状态期间测量电池的剩余容量；根据所测量的剩余容量确定所预期的电池特性数据；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；基于所预期的电池特性数据的至少一部分确定电池的电压变化；在第三时间段期间测量电流；根据确定的电压变化和所测量的电流来计算电池的老化电阻；根据老化电阻来计算电阻比；基于所计算的电阻比确定老化容量；基于所计算的老化容量和原始容量计算健康状态值。
在一个实施方案中，所预期的电池特性数据包括：所预期的第一电压；以及原始电阻。
在一个实施方案中，电量计电路进一步被配置为：在第一打开状态期间测量实际第二电压；比较所预期的第一电压和实际第二电压；在实际第二电压小于所预期的第一电压的情况下使电池准备好；在第三时间段期间测量实际第三电压；并且在第三时间段期间测量通过电池的电流。
在一个实施方案中，电阻比等于老化电阻除以原始电阻；并且健康状态值等于老化容量除以原始容量。
在一个实施方案中，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；以及将所测量的实际电压与所预期的第一电压进行比较。
在一个实施方案中，第一时间段、第二时间段和第三时间段是预先确定的。
上文已结合示例性实施方案描述了本技术。然而，可在不脱离本技术的范围的情况下对示例性实施方案作出变化和修改。这些和其他变化或修改旨在包括在本技术的范围内，如随附权利要求所述。

Claims (10)

1.一种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，所述电量计电路耦接到所述电池并且通信地耦接到所述充电器和所述负载，所述电量计电路被配置为：
在第一断开状态期间测量所述电池的剩余容量；
根据所述剩余容量确定第一电压；
通过顺序地执行以下动作来使所述电池准备好：
在第一时间段期间通过将所述充电器选择性地耦接到所述电池来对所述电池充电；
在第二时间段期间通过将所述充电器和所述负载两者与所述电池断开连接来创建第二断开状态；以及
在第三时间段期间通过将所述负载选择性地耦接到所述电池来使所述电池放电；
在所述第三时间段期间测量第三电压；
测量从所述第一电压到所述第三电压的电压变化；
基于所述电压变化计算老化电阻；并且
基于所述老化电阻和一组电池特性数据来计算所述电池的所述健康状态。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述电量计电路进一步被配置为通过以下动作使所述电池准备好：
在所述第二断开状态期间测量实际电压；并且
在所述第二断开状态期间将所述实际电压与所述第一电压进行比较。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述电量计电路进一步被配置为：
在所述第一断开状态期间测量第二电压；
比较所述第一电压和所述第二电压；并且
在所述第一电压大于所述第二电压的情况下使所述电池准备好。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述组电池特性数据包括：
原始电阻和所述剩余容量之间的关系；以及
原始容量。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述电量计电路进一步被配置为：
在所述第三时间段期间测量通过所述电池的电流；
通过将所述电压变化除以所测量的所述电流来计算所述老化电阻；
计算电阻比，其中所述电阻比等于所述老化电阻除以原始电阻；
基于所计算的所述电阻比确定老化容量；并且
基于所述老化容量和原始容量计算所述健康状态。
6.一种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方法，包括：
在第一断开状态期间测量剩余容量；
根据所测量的所述剩余容量确定所预期的电池电压；
通过顺序地执行以下动作来使所述电池准备好：
在第一时间段期间对所述电池充电；
在第二时间段期间通过将所述充电器和所述负载两者与所述电池断开连接来创建第二断开状态；以及
在第三时间段期间使所述电池放电；
在第三时间段期间测量相对于所述所预期的电池电压的电压变化；
基于所测量的所述电压变化计算老化电阻；并且
基于所计算的所述老化电阻和一组电池特性数据来计算所述电池的所述健康状态。
7.根据权利要求6所述的用于确定电池的健康状态的方法，其中使所述电池准备好还包括：
在所述第二断开状态期间测量实际电池电压；并且
在所述第二断开状态期间将所述实际电压与所述所预期的电压进行比较。
8.根据权利要求6所述的用于确定电池的健康状态的方法，还包括：
在所述第三时间段期间测量通过所述电池的电流；
基于所述老化电阻计算电阻比；以及
基于所述电阻比确定老化容量；
其中计算所述电池的所述健康状态包括将所述老化容量除以原始容量。
9.根据权利要求6所述的用于确定电池的健康状态的方法，其中所述组电池特性数据包括：
原始电阻与剩余容量的对比；以及
原始容量。
10.根据权利要求6所述的用于确定电池的健康状态的方法，还包括：
在所述第一断开状态期间测量第二电池电压；
比较所述所预期的电池电压和所述第二电池电压；并且
在所述第二电池电压小于所述所预期的电池电压的情况下使所述电池准备好。
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