專利名稱：檢測充電電池內(nèi)部的方法和設(shè)備、含該設(shè)備的充電電池組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測方法和檢測設(shè)備，其用來檢測被檢查的充電電池的內(nèi)阻，具體地，例如檢測在充電電池組中被檢查的充電電池的內(nèi)阻，該充電電池組具有一個控制電路，在該控制電路中，在所述充電電池的一個充放電路徑中提供一個或多個可執(zhí)行開-關(guān)控制的充電開關(guān)元件、一個用于放電的開關(guān)元件和一個用來檢測充放電電流值的檢測元件。
本發(fā)明還涉及一種在其中具有所述檢測設(shè)備的充電電池組和在其中具有所述檢測設(shè)備的設(shè)備。
本發(fā)明包括一個包含所述檢測方法的程序和存儲所述程序的媒介。
本發(fā)明中對其進行內(nèi)阻檢測的可被檢測的充電電池將在下文被稱作“被檢充電電池”。
背景技術(shù)：
近年來，隨著半導(dǎo)體元件和小型、輕型、高性能充電電池的發(fā)展，移動裝置例如手持式個人計算機、攝像機、數(shù)字照像機、便攜式電話和個人數(shù)字助手(包括掌上電腦)得到快速發(fā)展。
另外，近年來，人們已預(yù)言地球?qū)⑷蜃兣?，這是由空氣中CO2含量增加產(chǎn)生的所謂溫室效應(yīng)引起。例如，在熱電廠，通過燃燒礦物燃料獲得的熱量被轉(zhuǎn)換成電量，隨著這些礦物燃料的燃燒，大量CO2氣體被釋放到空氣中。因此，為了抑制這種情況，有禁止建立新熱電廠的傾向。在這些情況下，為了有效利用熱電廠等中的發(fā)電機產(chǎn)生的電能，提出了所謂的負荷調(diào)平運行，它利用一個具有一個充電電池的負荷調(diào)整裝置，將夜晚未使用的多余功率存儲到安裝在普通房屋內(nèi)的充電電池中，當白天功率需求增加時使用存儲的功率，這樣調(diào)平了功率的消耗。
此外，近年來，建議使用電動車，它具有充電電池，不釋放任何污染物質(zhì)。除此之外，還提出了混合驅(qū)動汽車，在這種汽車中采用一個充電電池和一個內(nèi)燃機或一個燃料電池組合，在抑制污染物質(zhì)的釋放的同時提高燃料效率。對于這些電動車和混合驅(qū)動汽車中使用的充電電池，希望開發(fā)出具有高能量密度的高性能充電電池。
順便提及，在如上述采用充電電池的移動裝置、負荷調(diào)平中的負荷調(diào)整裝置、電動車或混合驅(qū)動汽車中，在容納電池的設(shè)備的一側(cè)根據(jù)電池的內(nèi)阻，通過正確控制充電電池的輸出功率，可以將運行時間延長到最大，或者通過基于與電池壽命有關(guān)的信息預(yù)先獲知電池需要更換的時間，可以避免運行突然中斷的發(fā)生，該信息可從電池內(nèi)阻獲得。因此，為了防止移動裝置、負荷調(diào)整裝置、電動車或混合驅(qū)動汽車的運行突然中斷，能精確檢測到所使用充電電池的內(nèi)阻非常重要。
另外，在移動裝置、負荷調(diào)整裝置、電動車或混合驅(qū)動汽車中，經(jīng)常采用一個具有一個充電電池和一個控制電路的充電電池組，在所述充電電池的一個充放電路徑中提供一個可執(zhí)行開-關(guān)控制的充電開關(guān)元件、一個用于放電的開關(guān)元件和一個用來檢測充放電電流值的檢測元件中的一個或多個。在這種情況下，能精確檢測到與由充電電池和電池組各元件的異?；蚶匣鸬恼麄€充電電池組的內(nèi)阻相關(guān)的信息也非常重要。
日本公開的專利公告No.Hei.9(1997)-134742(下文稱為文件1)中公開一種方法，其中對于一個充電電池，在一個交流電流流過時，利用一個阻抗測量裝置測量恰好達到放電終止電壓之前的內(nèi)阻抗，以測定充電電池的性能是否降低。
但是，文件1公開的方法實際上并不可取，原因是要求用來測量阻抗的阻抗測量裝置具有一個交流電流生成電路，由此包括的設(shè)備不可避免地尺寸變大，此外，在充電電池運行時不能進行測量，以及測量到的阻抗并不總是與充放電運行時作為壓降值(IR損耗)檢測的內(nèi)阻分量R相符。
日本公開的專利公告No.2002-142379(下文稱為文件2)中公開了一種方法，其中從脈沖充電運行時的壓降的幅值中檢測充電電池的內(nèi)阻。
但是，文件2公開的方法具有如下所述的問題。它需要一種特殊的運行，其不同于普通充電器采用的運行。雖然隨脈沖寬度(脈沖時間)不同而不同，但是通常在脈動充電中，從開路電壓比充電區(qū)的充電電流值得到的電壓增長速度低于充電持續(xù)運行情況下的速度，并且中斷區(qū)的電池電壓直到指定的開路電壓才降低，當基于這種情況中的電壓差檢測充電電池的內(nèi)阻時，所測得的內(nèi)阻值小于充放電運行時作為壓降值(IR損耗)檢測的內(nèi)阻分量R。
日本公開的專利公告No.Hei.7(1995)-240235(下文中稱為文件3)公開了一種方法，其中充電電池的內(nèi)阻從通過暫停充電運行測量到的充電電池壓降值檢測到。
但是，文件3公開的方法具有如下所述的問題。與文件2中公開方法的情況相同，它需要一種特殊的運行，其不同于普通充電器采用的運行。此外，為了精確測量充電電池的壓降值，它需要長時間暫停充電運行，這樣充電電池全充滿所需要的時間不可避免地被延長，這帶來了不便，并降低了工作效率。
為了解決上述的這些問題，日本公開的專利公告No.2002-50410(下文中稱為文件4)中公開了一種方法，用來由所述電池的電池電壓和流過的電流，通過查閱先前獲得的對應(yīng)于所述被檢充電電池的一個標準充電電池關(guān)于由其電存儲能力的函數(shù)表示的開路電壓和由其電存儲能力、電池溫度與流過電流的函數(shù)表示的內(nèi)阻的數(shù)據(jù)，從而可預(yù)測地檢測一個被檢充電電池關(guān)于電存儲能力、內(nèi)阻等的內(nèi)部狀態(tài)。雖然文件4公開的方法有利于以非常高的精確度預(yù)測被檢充電電池的內(nèi)部狀態(tài)，但存在缺點，即，它需要不同條件下的充電電池的基本數(shù)據(jù)，為獲得這些數(shù)據(jù)需要大量的勞動。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中公開的檢測一個被檢充電電池內(nèi)阻的方法中的前述問題。
本發(fā)明的另一個目的涉及一種檢測方法和一種檢測設(shè)備，其能夠在對充電電池進行充電時以高精確度有效地檢測充電電池的內(nèi)阻，而不需在充電運行中采用特殊的操作，也不需為檢測花費特別的時間。
被檢充電電池包括一個具有一個充電電池和一個控制電路的充電電池組，在所述充電電池的一個充放電路徑中提供一個可執(zhí)行開-關(guān)控制的充電開關(guān)元件、一個用于放電的開關(guān)元件和一個用來檢測充放電電流值的檢測元件中的一個或多個。
本發(fā)明的另一個目的是提供一個帶有所述檢測設(shè)備的充電電池組。
本發(fā)明的另一個目的是提供一個具有所述檢測設(shè)備的設(shè)備。
本發(fā)明的另一個目的是提供一個并入了所述檢測方法的程序和一個存儲所述程序的媒介。
本發(fā)明檢測方法的一個典型實施例是一種在通過包括恒流充電方式和恒壓充電方式的恒流-恒壓充電方式對被檢充電電池進行充電時檢測所述被檢充電電池內(nèi)阻的檢測方法，其中采用所述恒流充電方式以一個恒流值I0開始充電，在電池電壓到達一個給定電壓值Vmax后以一個恒壓Vmax執(zhí)行所述恒壓充電方式充電直到結(jié)束，所述檢測方法包括至少一個步驟(a)，其中獲得所述被檢充電電池在恒壓充電方式下的一個累積充電量，和一個步驟(b)，其中將所述步驟(a)的恒壓充電方式中獲得的所述被檢充電電池的所述充電量適用于預(yù)先獲得的、應(yīng)于所述被檢充電電池的一個標準充電電池的關(guān)于恒壓充電方式下其累積充電量與在內(nèi)阻增加或減小時的內(nèi)阻或它們的增加或減小量之間的關(guān)系的數(shù)據(jù)中。
在被檢充電電池的電存儲容量降低到標準充電電池的D倍(這里D是一個常數(shù)，0＜D≤1)時，所述檢測方法可以在所述步驟(a)和所述步驟(b)之間具有一個附加步驟，其中通過將所述充電量乘以1/D并且將其適用于在所述步驟(b)所述的所述關(guān)系中，從而校正所述步驟(a)的恒壓充電方式下獲得的所述被檢充電電池的所述充電量。
本發(fā)明檢測設(shè)備的一個典型實施例是一種在通過包括恒流充電方式和恒壓充電方式的恒流-恒壓充電方式對被檢充電電池進行充電時檢測所述被檢充電電池內(nèi)阻的檢測設(shè)備，其中采用所述恒流充電方式以一個恒流值I0開始充電，在電池電壓到達一個給定電壓值Vmax后，以一個恒壓Vmax執(zhí)行所述恒壓充電方式充電直到結(jié)束，所述檢測設(shè)備至少具有一個用來測量所述被檢充電電池電壓的裝置(i)、一個用來獲得恒壓充電方式下所述被檢充電電池的累積充電量的裝置(ii)、一個用來存儲預(yù)先獲得的、對應(yīng)于所述被檢充電電池的一個標準充電電池的關(guān)于在恒壓充電方式下其累積充電量與在內(nèi)阻增加或減小時的內(nèi)阻或它們的增加或減小量之間的關(guān)系的數(shù)據(jù)的裝置(iii)，和一個用來將由所述裝置(ii)獲得的恒壓充電方式下所述被檢充電電池的所述充電量適用于在由所述裝置(iii)得到的信息中的裝置(iv)，其中，所述被檢充電電池的內(nèi)阻從所述裝置(iv)提供的信息中檢測到。
在被檢充電電池的電存儲容量降低到標準充電電池的D倍(這里D是一個常數(shù)，0＜D≤1)時，檢測設(shè)備還可以具有一個裝置，用來將所述的充電量適用于在從所述裝置(iii)得到的信息中之前通過將所述充電量乘以1/D來校正恒壓充電方式下所述被檢充電電池的所述充電量。
本發(fā)明還提供一個具有一個或多個充電電池的充電電池組，該充電電池組還增加有所述檢測設(shè)備。
本發(fā)明進一步提供一個具有所述檢測設(shè)備的設(shè)備，該設(shè)備可包括一個用于檢查充電電池是好是壞的檢查裝置、一個用于給充電電池充電的充電器、包括便攜式電話、個人數(shù)字助手和便攜式計算機的便攜式裝置和包括摩托車、汽車、輪船、飛機和宇宙飛船的移動體。
本發(fā)明還進一步提供一個用于檢測被檢充電電池內(nèi)阻且集成了所述方法的程序，以及一個存儲所述程序的媒介。
本發(fā)明中用于內(nèi)阻檢測的被檢充電電池包括由恒流-恒壓充電方法充電的充電電池。作為該充電電池的具體實例，可提到鋰充電電池，包括利用鋰氧化還原反應(yīng)的鋰離子充電電池。但是本發(fā)明中用于內(nèi)阻檢測的被檢充電電池不僅限于這些鋰充電電池。
順便提及，除非另有說明，描述中的術(shù)語“恒壓充電方式”表示充電電池以一個恒壓充電的狀態(tài)或充電電池以不受控的計算機程序一側(cè)發(fā)出的一個恒壓充電的情況，“恒壓充電方式”與“充電電池以一個恒壓充電的狀態(tài)”的含義相同。另一方面，術(shù)語“恒流充電方式”表示充電電池以一個恒流值充電的狀態(tài)或情況。
本發(fā)明充電電池的內(nèi)阻“檢測”基于預(yù)測。


附圖1示出本發(fā)明充電電池內(nèi)阻檢測方法的一個實施例的流程圖；附圖2示出本發(fā)明充電電池內(nèi)阻檢測方法的另一個實施例的流程圖；附圖3示出一個曲線圖，舉例說明充電電池在從100％的放電深度開始進行間歇充電操作的情況下的充電特性，其中在指定的恒流值按指定的電量進行充電，直至充電電池完全充滿；附圖4示出一個曲線圖，同時表示電池電壓與附圖3得到的累積充電量之間以及附圖3得到的電池電壓和開路電壓與所述累積充電量之間的關(guān)系曲線；附圖5示出一個曲線圖，同時舉例表示一個標準充電電池的充電量與開路電壓之間以及一個循環(huán)消耗充電電池的充電量與開路電壓之間的關(guān)系曲線圖，當循環(huán)消耗充電電池的開路電壓曲線在橫坐標軸方向(充電量的方向)上乘以1/D(D是電存儲容量的下降速度)時，它將與標準充電電池的曲線一致；附圖6示出一個曲線圖，同時舉例表示一個標準充電電池在恒流-恒壓充電下的充電時間與所述標準充電電池的充電電流值之間以及一個循環(huán)消耗充電電池在恒流-恒壓充電下的充電時間與所述循環(huán)消耗充電電池的充電電流值之間的關(guān)系曲線圖，并且標出通過所述循環(huán)消耗充電電池的所述充電時間乘以1/D(＝1/0.84＝1.19)得到的充電時間與所述循環(huán)消耗充電電池的所述充電電流值之間的關(guān)系；附圖7是本發(fā)明中作為用來檢測充電電池內(nèi)阻的檢測設(shè)備的主要組成部分的電路的一個實施例示意圖；附圖8是加有本發(fā)明用來檢測充電電池內(nèi)阻的檢測設(shè)備的充電電池組的一個實施例示意圖；附圖9是電路的示意圖，該電路中一個電阻(rs)以串聯(lián)方式與內(nèi)阻為R1的標準充電電池連接，使所述充電電池成為一個內(nèi)阻增加的充電電池模型，一個充電器與所述充電電池連接；附圖10示出一個實例的曲線圖，其舉例說明在以恒流-恒壓充電方法充電時和電阻(rs)的電阻值變化時附圖9所示的充電電池的充電電壓對充電時間的變化曲線；附圖11示出一個實例的曲線圖，其舉例說明在以恒流-恒壓充電方法充電時和電阻(rs)的電阻值變化時附圖9所示的充電電池的充電電流對充電量(＝充電容量)的變化曲線；附圖12示出一個曲線圖，舉例說明在忽略電阻(rs)時附圖9所示的充電電池的電池電壓對恒流-恒壓充電下達到一個指定恒壓時結(jié)束充電后的經(jīng)過時間的變化曲線圖，；附圖13示出一個充電電池關(guān)于在恒壓充電方式下其充電量與在內(nèi)阻增加或減小時的內(nèi)阻或它們的增加或減小量之間數(shù)據(jù)的實例；附圖14示出一個關(guān)于充電電池在一個指定電池溫度T(＝25℃)和一個指定充電電流I(＝1.70A)下獲得的充電量(＝充電容量)對所述充電電池內(nèi)阻的校正效率的實例數(shù)據(jù)；附圖15示出一個曲線圖，舉例說明一個循環(huán)消耗充電電池的電池電壓對所述循環(huán)消耗充電電池在恒流-恒壓充電下達到一個指定恒壓時結(jié)束充電后的經(jīng)過時間的變化曲線圖；附圖16示出一個曲線圖，舉例說明通過設(shè)附圖15縱坐標電池電壓(＝開路電壓(VOC))為VOC0并執(zhí)行下述公式(1)計算獲得的曲線；附圖17示出一個曲線圖，舉例說明通過設(shè)附圖16中縱坐標電阻值為R0并執(zhí)行下述公式(11)計算獲得的曲線。
具體實施例方式
下面將對本發(fā)明進行更加詳細的描述。
如上所述，本發(fā)明的檢測方法典型上是通過包括恒流充電方式和恒壓充電方式的恒流-恒壓充電方式對被檢充電電池進行充電時檢測所述的被檢充電電池內(nèi)阻的檢測方法，其中采用所述恒流充電方式以一個恒流值I0開始充電，在電池電壓到達一個給定電壓值Vmax后充電執(zhí)行所述恒壓充電方式以一個恒壓Vmax充電直到結(jié)束，所述檢測方法包括至少步驟(a)和步驟(b)，在步驟(a)中獲得所述被檢充電電池在恒壓充電方式下的一個累積充電量，在步驟(b)中將所述步驟(a)中獲得的恒壓充電方式下的所述被檢充電電池的所述充電量適用于在預(yù)先獲得的對應(yīng)于所述被檢充電電池的一個標準充電電池的、關(guān)于在恒壓充電方式下其充電量與在內(nèi)阻增加或減小時的內(nèi)阻或它們的增加或減小量之間的關(guān)系的數(shù)據(jù)中。
在被檢充電電池的電存儲容量降低到標準充電電池的D倍(這里D是一個0＜D≤1的常數(shù))時，該檢測方法可以在所述步驟(a)和所述步驟(b)之間具有一個附加步驟，其中通過將充電量乘以1/D并且將其適用于在所述步驟(b)中描述的所述關(guān)系中來校正所述步驟(a)中獲得的恒壓充電方式下的所述被檢充電電池的所述充電量。
本發(fā)明的檢測設(shè)備典型上是通過包括恒流充電方式和恒壓充電方式的恒流-恒壓充電方式對被檢充電電池進行充電時檢測所述被檢充電電池內(nèi)阻的檢測設(shè)備，其中采用所述恒流充電方式以一個恒流值I0開始充電，在電池電壓到達一個給定電壓值Vmax后充電執(zhí)行所述恒壓充電方式以一個恒壓VMAX充電直到結(jié)束，所述檢測設(shè)備至少具有一個用來測量所述被檢充電電池電壓的裝置(i)，一個用來獲得恒壓充電方式下所述被檢充電電池的累積充電量的裝置(ii)，一個用來存儲預(yù)先獲得的、對應(yīng)于所述被檢充電電池的一個標準充電電池的關(guān)于在恒壓充電方式下其累積充電量與在內(nèi)阻增加或減小時的內(nèi)阻或它們的增加或減小量之間的關(guān)系的數(shù)據(jù)的裝置(iii)，和一個用來將由所述裝置(ii)獲得的恒壓充電方式下的所述被檢充電電池的所述充電量適用于由所述裝置(iii)得到的信息中的裝置(iv)，其中，所述被檢充電電池的內(nèi)阻由所述裝置(iv)提供的信息檢測到。
在被檢充電電池的電存儲容量降低到標準充電電池的D倍(這里D是一個0＜D≤1的常數(shù))時，檢測設(shè)備可以具有一個附加裝置，用來在適用于由所述裝置(iii)獲得的信息中之前通過將充電量乘以1/D來校正恒壓充電方式下該被檢充電電池的所述充電量。
如上所述，這里用于內(nèi)阻檢測的被檢充電電池包括一個設(shè)置在一個充電電池組內(nèi)的充電電池，該充電電池組具有一個控制電路，在所述充電電池的一個充放電路徑中提供一個可執(zhí)行開-關(guān)控制的充電開關(guān)元件、一個用于放電的開關(guān)元件和一個用來檢測充放電電流值的檢測元件中的一個或多個。
下面結(jié)合附圖1和2描述本發(fā)明檢測方法的優(yōu)選實施例。
附圖1示出了在通過包括恒流充電方式和恒壓充電方式的恒流-恒壓充電方式(CCCV充電方式)對充電電池進行充電時本發(fā)明的用于檢測所述充電電池內(nèi)阻的檢測方法的一個實施例的流程圖。
附圖2示出本發(fā)明充電電池內(nèi)阻檢測方法的另一個實施例的流程圖，所述充電電池采用與附圖1所示實施例相同的CCCV充電方法進行充電。
附圖2所示的實施例與附圖1所示的實施例相同，除了在附圖2所示的實施例中，當充電電池(即用來檢測其內(nèi)阻的被檢充電電池)的電存儲容量下降為對應(yīng)于所述被檢充電電池的一個標準充電電池的D倍(這里D是一個0＜D≤1的常數(shù))時，對被檢充電電池的電存儲容量進行校正。
可以理解的是，本發(fā)明的檢測方法并不僅限于這些實施例。
附圖1中S1到S9的“S”和附圖2中S1到S10的“S”表示“步驟”，它們的阿拉伯數(shù)字表示“步驟編號”。
首先根據(jù)附圖1所示的流程圖對檢測方法進行描述。
開始，提供一個用于內(nèi)阻檢測的被檢充電電池。
在步驟1開始采用CCCV充電方式對被檢充電電池進行充電。具體地，被檢充電電池以恒流充電方式充電(步驟2)。
當被檢充電電池的電池電壓達到一個指定電壓(步驟3)時，恒流充電方式轉(zhuǎn)換為恒壓充電方式(步驟4)，這里，測量充電電流值和充電時間(步驟5)。
當滿足充電結(jié)束條件時(步驟6)，被檢充電電池的充電結(jié)束(步驟7)。
在步驟8中，利用步驟5獲得的充電電流值和充電時間計算恒壓充電方式下的被檢充電電池的充電量(＝充電容量)。
在步驟9中，將步驟8中獲得的被檢充電電池的充電量適用于在預(yù)先獲得的、對應(yīng)于所述被檢充電電池的一個標準充電電池(其電存儲容量未下降)的關(guān)于在恒壓充電方式下其充電量與在內(nèi)阻增加或減小時的內(nèi)阻或它們的增加或減小量之間的關(guān)系的數(shù)據(jù)中，從而檢測到被檢充電電池的內(nèi)阻。
上述電存儲容量未下降的充電電池在恒壓充電方式下的充電量與其內(nèi)阻1∶1對應(yīng)。
可通過測量恒壓充電方式下的充電量來預(yù)測所述充電電池的內(nèi)阻的原因應(yīng)歸于下面的因素。
這里，術(shù)語“電存儲容量”等于全充滿的電量，它表示一個給定電池能存儲的最大電量。在一個充電電池中，電存儲容量(＝全充滿時的電量)表示能達到100％放電度(即一個不能再放電的狀態(tài))時的總電量。更詳細地說，當充電電池從全充滿的狀態(tài)放電時，充電電池的電存儲容量(＝全充滿時的電量)等于放電電流值的變化對放電時間積分得到的值，即通過繪制放電電流值變化對放電時間變化關(guān)系形成的放電電流曲線與放電時間軸之間包圍的面積。
另外，在充電電池完全(100％)存儲了充電所用電量的情況下，從100％放電度到全充滿的狀態(tài)所充的電量成為充電電池的電存儲容量(＝全充滿時的電量)。
在采用恒流-恒壓充電方式進行充電時，所充電量達到全充滿時的電量的時間點為放電電流基本停止流動時的時間點。
一個電存儲容量未下降(在內(nèi)阻已經(jīng)增加時不成問題)的被檢充電電池的電存儲容量(＝全充滿時的電量)與對應(yīng)于被檢充電電池的一個標準充電電池的中存儲容量相等。在這種關(guān)系下，在只增加被檢充電電池的內(nèi)阻的情況下，被檢充電電池的由放電電流值形成的放電電流曲線與放電時間軸圍成的面積實質(zhì)上變得與該標準充電電池的相同。
當被檢充電電池的電存儲容量未下降但內(nèi)阻增加到大于對應(yīng)于所述被檢充電電池的一個標準充電電池的內(nèi)阻，并且該被檢充電電池采用恒流-恒壓充電方法從100％放電度到全充滿狀態(tài)進行充電時，與標準充電電池相比，恒流充電方式下被檢充電電池的充電時間短，并且恒流充電方式較早轉(zhuǎn)換為恒壓充電，恒壓充電方式下的充電時間相對變長。這意味著在充電電池內(nèi)阻增加的情況下，恒壓充電方式下直到全充滿時所充的電量由于內(nèi)阻增加而增加。這表示對于一個給定的電存儲容量未下降的充電電池，當恒壓充電方式下直到全充滿狀態(tài)所充的電量預(yù)先知道時，可以預(yù)測其內(nèi)阻。根據(jù)該方法，即使對具有一定剩余電量的充電電池進行充電，即補充充電，只要充電從恒流充電方式開始，就可以預(yù)測其內(nèi)阻。
現(xiàn)在，在本發(fā)明的檢測方法中，由于被檢充電電池的內(nèi)阻由恒流-恒壓充電方式(CCCV充電方式)中的恒壓充電方式下的充電量檢測到，所以不需要關(guān)于從100％放電度開始的恒流充電方式下的充電量的信息，也就是說，即使被檢充電電池具有一定的剩余電量并且希望對被檢充電電池進行進一步充電，本發(fā)明的檢測方法也能檢測其內(nèi)阻。
除了另有說明，本發(fā)明中的“100％放電度”表示完全不能輸出電量的狀態(tài)，也就是說，即使在進一步繼續(xù)放電時電池電壓突降并且能輸出的電量的基本不變的狀態(tài)。
結(jié)合附圖9至12，將描述為了檢測一個給定被檢充電電池的內(nèi)阻，采集一個給定標準充電電池在恒壓充電方式下的充電量與在增加或減小時其內(nèi)阻或它們的增加或減小量之間的關(guān)系的數(shù)據(jù)的實驗。
當充電電池的電存儲容量未下降但只內(nèi)阻增加時，為了發(fā)現(xiàn)充電特性如何變化，采用一個電路模型，其中電阻rs與一個標準充電電池串聯(lián)以人為地增加充電電池的內(nèi)阻，該充電電池采用恒流-恒壓充電方式進行充電，監(jiān)測充電電流值的變化、充電電壓值的變化和充電量(＝充電容量)的變化。然后在進行了預(yù)定的放電操作后，充電電池采用恒流充電方式進行充電，當充電電壓達到指定電壓值時測量充電電池的內(nèi)阻。
附圖9是一個電路的示意圖，電路中一個電阻(rs)以串聯(lián)方式與一個內(nèi)阻為R1的標準充電電池(虛線包圍的部分)電連接，一個充電器與所述充電電池電連接。在這種情況下，電阻rs的電阻值最好對應(yīng)于充電電池的內(nèi)阻的一個增加量，并且與充電電池的內(nèi)阻R1的數(shù)量級基本相同。
附圖10示出附圖9所示情況的曲線圖，一個額定容量為1680mAh，直徑為18mm，高為65mm的可購買到的鋰離子充電電池被用作充電電池，并采用恒流-恒壓充電方式對該鋰離子充電電池進行充電，所示曲線圖舉例說明當充電電池從100％放電度開始以1.7A的恒流充電直到充電電壓達到4.2V，接著以4.2V的恒壓充電直至充電電流減小到0.1A充電結(jié)束時，表示充電電壓值(V)的變化與充電時間(小時)的變化之間的關(guān)系的充電電壓曲線，分別對應(yīng)于電阻rs不與鋰離子充電電池連接的情況，27mΩ的電阻rs與充電電池連接的情況，39mΩ的電阻rs與充電電池連接的情況，62mΩ的電阻rs與充電電池連接的情況，91mΩ的電阻rs與充電電池連接的情況，110mΩ的電阻rs與充電電池連接的情況，和150mΩ的電阻rs與充電電池連接的情況。
附圖11示出一個曲線圖，舉例說明表示充電電流(A)的變化與附圖10中充電量的變化之間關(guān)系的充電電流曲線。
附圖12示出一個曲線圖，舉例說明在沒有電阻rs與充電電池連接的情況下電池電壓的變化與充電結(jié)束后經(jīng)過時間(90分鐘)的變化之間關(guān)系的電池電壓曲線，其中充電電池從100％放電度開始以1.7A的恒流充電，并且在充電電壓達到附圖10中4.2V時結(jié)束充電，以便在充電電壓為4.2V時檢查開路電壓。
從附圖10所示的對充電時間的充電電壓電流曲線可以發(fā)現(xiàn)，當與充電電池串聯(lián)的電阻阻值增加時，充電電壓達到一個指定電壓值所經(jīng)過的時間，即一個恒流充電值下的充電時間變短，并且在充電開始之后的早期階段，恒流充電方式轉(zhuǎn)換為恒壓充電方式。
從附圖11所示的對充電量的充電電流曲線可得到下面的發(fā)現(xiàn)。盡管恒壓充電方式下的充電量隨著與充電電池串聯(lián)的電阻阻值增加而增加，但是到充電結(jié)束為止的累積電量的范圍從1656到1670mAh(為充電電池額定容量的98.5％到99.4％)，這接近電存儲容量。
雖然看起來當連接電阻的阻值增加時所得的累積充電量將減小，但這是由于充電在充電電流值變?yōu)?.1A時結(jié)束。恒壓充電方式下充電電流值的衰減隨著連接的電阻的阻值變小而變得更小。由于這個原因，在持續(xù)恒壓充電方式下的充電到一個足夠長的時間以使充電電流值基本變?yōu)榱愕那闆r下，可以認為不管連接電阻的阻值多大累積充電量基本在一定水平上保持不變。
為此，即使通過人為將一個給定電阻rs與充電電池串聯(lián)以有意增加充電電池的內(nèi)阻而進行恒流-恒壓充電運行時，充電電池本身的電存儲容量仍然基本不變。
從附圖12所示的電池電壓曲線，可以發(fā)現(xiàn)在以1.7A恒流值的恒流充電結(jié)束之后，充電電池的電池電壓逐漸下降，在經(jīng)過一個指定時間時，電池電壓收斂到一個確定電壓值，該電壓值可被認為是充電電池的開路電壓(VOC)。
另外，從附圖12所示的電池電壓曲線，可以理解，在以1.7A恒流充電結(jié)束之后，電池電壓逐漸下降，之后在經(jīng)過一個指定時間時，電池電壓收斂到一個確定電壓值。該電壓值可被認為是開路電壓。充電時的電池電壓VC由開路電壓VOC、充電電流I與電池內(nèi)阻R下面的關(guān)系式(1)表示Vc＝Voc+I×R——(1)當充電電池(標準充電電池)的內(nèi)阻R被設(shè)為R1時，在R1的值通過充電電壓4.2與此時開路電壓的差除以充電電流1.7得到時，可依照下式(2)得到R1R1＝(4.2V-Voc)/1.7(A)——(2)電阻rs阻值相互不同的每個情況下的內(nèi)阻R(＝R1+rs)也可依照公式(2)計算得到。
由上獲得的結(jié)果集中由表1所示。具體地，在表1中示出當充電電流下降到0.1A時相對于基于電池連接的電阻的不同電阻值的累積充電量(從100％放電度)；恒壓充電方式(CV)下的累積充電量；當充電電壓達到4.2V時的開路電壓，和由公式(2)計算得出的充電電池的內(nèi)阻值。在表1中，通過測量開路電壓，依照公式(2)計算充電電池或連接著電阻的充電電池的內(nèi)阻值的方法，獲得充電電池的內(nèi)阻值。在這種情況下，如果可以使用一個外部測量裝置，充電電池的內(nèi)阻值可以直接通過一個LCR表或類似裝置來測量。
基于表1所示的結(jié)果，可得到在每一情況中在恒壓充電方式下內(nèi)阻與充電量之間的關(guān)系。獲得的結(jié)果如附圖13所示。
從附圖13可以理解，通過將具有不同阻值的電阻分別與充電電池連接人為建立的不同阻值與充電量具有的1∶1的對應(yīng)關(guān)系。
從表1所示的結(jié)果，可以理解的是，連接著電阻的充電電池的R計算值實質(zhì)上與電池體的R計算值和電阻的阻值的和一致。更具體地說，表1所示的結(jié)果表示，不需要測量或計算連接著電阻的充電電池的阻值，只要電池體的阻值在將其與電阻連接之前事先獲得，就可以從連接電阻的阻值容易地計算得到連接著該電阻的電池的阻值。因此，通過測量電存儲容量沒有下降的、對應(yīng)于被檢充電電池的標準充電電池的內(nèi)阻值、在將具有不同阻值的各種電阻中的一個與充電電池連接時采用恒流-恒壓充電方法對充電電池進行充電、以及測量每一情況中恒壓充電方式下的累積充電量而預(yù)先采集數(shù)據(jù)，可在被檢充電電池的電存儲容量沒有下降的情況下，從恒壓充電方式下測量得到的累積充電量預(yù)測被檢充電電池的內(nèi)阻。
這里，可以從內(nèi)阻R(mΩ)與恒壓充電方式下的充電量Q(mAh)的近似關(guān)系曲線中獲得一個函數(shù)式R(Ω)，函數(shù)式R(Ω)作為恒壓充電方式下充電量Q的函數(shù)，假設(shè)可由下式(3)表示函數(shù)式R(Ω)R(Q)＝Pn×Qn+Pn-1×Qn-1+Pn-2×Qn-2+…P1×Q1+P0×Q0——(3)這里Pn到P0為由所使用的充電電池的種類或類型、額定容量等等決定的不同的常量。
在該例中，假設(shè)內(nèi)阻R由恒壓充電方式下充電量Q的三項式表示，基于一個可購買到的、額定容量為1680mAh、直徑為18mm、高為65mm的鋰離子充電電池的預(yù)先采集的充電特性數(shù)據(jù)，從附圖13的擬合曲線可以獲得內(nèi)阻R對充電量Q的函數(shù)關(guān)系式R(Q)，由下面的三項式(4)表示R(Q)＝[(0.000000072×Q3)-(0.0002580011×Q2)]+(0.4205795841×Q)+7.825572664——(4)依據(jù)三項式(4)可獲得R(Q)的數(shù)據(jù)。
通過這種方式獲得的數(shù)據(jù)稍微有些不同，這取決于所使用的充電電池。因此，優(yōu)選采用多個相同種類和類型的充電電池，獲取它們的R(Q)數(shù)據(jù)，對獲得的數(shù)據(jù)平均后使用。
在該例中，R(Q)的函數(shù)關(guān)系式由三項式表示，但是關(guān)于R(Q)函數(shù)關(guān)系式的多項式次數(shù)是不受限制的。同樣地，R(Q)函數(shù)關(guān)系式不限于以次數(shù)n的形式表示的多項式。
另外，在該例中，R(Q)函數(shù)關(guān)系式是以近似曲線為基礎(chǔ)，但是這是非限制性的。R(Q)關(guān)系式也可以數(shù)據(jù)表為基礎(chǔ)。
通常，由于充放電循環(huán)的重復(fù)或隨時間流逝的改變，充電電池的電存儲容量逐漸下降。在附圖1流程圖所示的本發(fā)明檢測方法的實施例中，如果被檢充電電池是一個電存儲容量被認為是稍微下降的充電電池，那么可以高精確地檢測(預(yù)測)其內(nèi)阻。但是，當電存儲容量的下降速度被認為是相對較大時，必須對下降幅度進行如附圖2流程圖所示的校正。
結(jié)合附圖2所示的流程圖對檢測方法進行描述。
除了下面的要點，附圖2中從步驟1到步驟8的過程與附圖1中步驟1到步驟8的相同。
也就是說，如上所述，附圖2所示的實施例與附圖1所示的實施例相同，除了在附圖2所示的實施例中，被檢充電電池的電存儲容量被認為下降到對應(yīng)標準充電電池的D倍(這里D是一個0＜D≤1的常數(shù))，由此，對被檢充電電池的電存儲容量進行校正。
具體地，在附圖2所示的實施例中，步驟8中獲得的被檢充電電池的充電量在步驟9中通過乘以1/D進行校正。然后同附圖1所示的實施例，在附圖2的步驟10中，將通過這種方式校正的充電量(＝充電容量)適用于預(yù)先獲得的、對應(yīng)于所述被檢充電電池的一個標準充電電池的關(guān)于在恒壓充電方式下其充電量與其在內(nèi)阻增加或減小時的內(nèi)阻或內(nèi)阻的增加或減小量之間的關(guān)系的數(shù)據(jù)中，從而檢測到被檢充電電池的內(nèi)阻。
順便提及，作為方便測定電存儲容量下降速度的方法實例，可提到下面的方法。在采用恒流I0-恒壓Vmax充電方式對充電電池進行充電的情況下，當被檢充電電池的電存儲容量被認為下降時，從按恒流I0的恒流充電方式轉(zhuǎn)換為按恒壓Vmax的恒壓充電方式的轉(zhuǎn)換時間開始直到充電電流達到指定電流值IM為止的時間設(shè)為tM′，恒壓充電方式下的充電量設(shè)為Qcv′，對于和所述被檢充電電池的相應(yīng)的、電存儲容量未下降的一個標準充電電池，所述時間設(shè)為tM，且所述充電量設(shè)為Qcv，所述被檢充電電池的下降速度D可由下面的關(guān)系式(5)計算得到D＝(Qcv′-I0×tM′)/(Qcv-I0×tM)——(5)當標準充電電池的電存儲容量設(shè)為1.0時，根據(jù)公式(5)，計算得出被檢充電電池的電存儲容量的下降速度D。
在被檢充電電池的電存儲容量(＝全充滿時的電量)為標準充電電池的D倍(這里D是一個0＜D≤1的常數(shù))的情況下，當通過乘以1/D對被檢充電電池的電存儲容量進行校正時，該被檢充電電池校正過的電存儲容量與標準充電電池的電存儲容量一致。
當放電量與充電量的比值為100％時，全充滿時的電量對應(yīng)于從100％放電度開始累積充電量獲得的一個值，或?qū)?yīng)于流過電池的充電電流值變化對充電時間積分獲得的一個值，即由充電電流曲線與充電時間軸包圍的面積。
因此，即使在被檢充電電池的電存儲容量未知的情況下，在充電時間軸方向上乘以1/D后獲得的被檢充電電池的充電電流曲線與充電時間軸包圍的面積也與標準充電電池的充電電流曲線包圍的面積相等。
由上述關(guān)系，可導(dǎo)出上述公式(5)。
為了實現(xiàn)本發(fā)明，本發(fā)明人通過實驗進行了研究。因此，將在下面描述獲得的實驗結(jié)果。
以這些實驗結(jié)果為基礎(chǔ)，本發(fā)明人已經(jīng)實現(xiàn)本發(fā)明，使得正在對充電電池進行充電時可以以較高的精度有效地檢測所述充電電池的內(nèi)阻，且在充電操作中不需要使用特殊的操作和不需為檢測消耗特定的時間。
結(jié)合相應(yīng)附圖對本發(fā)明人獲得的實驗結(jié)果進行說明。
附圖3示出一個曲線圖，舉例說明一個在市場上可購買到的、直徑為18mm、長為65mm和額定容量為1680mAh的鋰離子充電電池在從100％的放電度開始進行斷續(xù)地充電操作的情況下的充電特性，其中所述鋰離子充電電池以電量84mAh(對應(yīng)于額定容量的5％)、按恒流值0.34A進行充電，之后重復(fù)中斷3小時直至充電電壓達到4.2V，在充電電壓達到4.2V之后，鋰離子充電電池以恒壓4.2V充電，當充電電流減小到小于0.1A時充電結(jié)束。在附圖3中，橫坐標表示時間(小時)，縱坐標表示電池電壓。
附圖4示出附圖3中得到的累積充電量的曲線圖，具體地，附圖4的曲線圖表示電池電壓變化和在中斷時開路電壓的變化對所述累積充電量之間的關(guān)系。
在附圖4中，虛線表示中斷時對鋰離子充電電池的開路電壓的跟蹤結(jié)果，實線表示斷續(xù)充電運行時對鋰離子充電電池的電池電壓的跟蹤結(jié)果，每個尖峰部分表示中止充電運行和暫停充電電池的時間點。
在附圖4中，充電結(jié)束時的累積充電量(＝充電容量)為1687mAh，這等于鋰離子充電電池的額定容量。因此，附圖4中虛線的電壓曲線表示鋰離子充電電池累積充電量(＝充電容量)與開路電壓之間的關(guān)系。
從附圖4，可以了理解的是，開路電壓反映了充電電池的殘余容量(＝現(xiàn)存電量)，但是，開路電壓不由充電電池的內(nèi)阻決定，這意味著即使對于內(nèi)阻增加的被檢充電電池，被檢充電電池的殘余容量與開路電壓之間的關(guān)系基本與標準充電電池的關(guān)系相同。
在附圖5中，由實線表示附圖4中的虛線。另外，對于一個標準鋰離子充電電池(其與前述的鋰離子充電電池種類相同，類型相同)，并且已預(yù)先通過重復(fù)斷續(xù)充電-放電運行200次被循環(huán)消耗)，利用與附圖3相同方式獲得的充電量與開路電壓之間的關(guān)系也由附圖5中的實線和點劃線表示。循環(huán)消耗的充電電池的充電量(＝充電容量)為1419mAh，這意味著循環(huán)消耗的充電電池的充電量下降為循環(huán)消耗前標準充電電池額定容量的0.84倍(＝1419/1687)。
附圖5還示出電壓曲線(點劃線)投影到橫坐標上的累積充電量乘以1/0.84(＝1.19)后獲得的虛線。
如附圖5所示，虛線與表示標準充電電池累積充電量與開路電壓關(guān)系的電壓曲線(實線)基本一致。因此，對于電存儲容量衰減為標準充電電池的D倍(這里D是一個0＜D≤1的常數(shù))的被檢充電電池，不管它的內(nèi)阻如何，可以通過將已消耗充電電池的存儲容量乘以1/D，使被檢充電電池的充電量與開路電壓的電壓曲線與標準充電電池的電壓曲線變得一致。換句話說，對于電存儲容量衰減為標準充電電池的D倍(這里D是一個0＜D≤1的常數(shù))的被檢充電電池，通過將由殘余容量的線形函數(shù)表示的被檢充電電池的特性乘以1/D，可以表示標準充電電池或僅內(nèi)阻改變的被檢充電電池的特性。
附圖6示出一個曲線圖，舉例說明上述標準充電電池和上述循環(huán)消耗充電電池每一個的充電特性，這里每個充電電池從100％放電度開始，按恒充電電流1.7A和最大充電電壓4.2V進行恒流-恒壓充電，直至在恒壓充電方式下的充電電流值變得小于0.1A為止。實線表示標準充電電池的充電特性，點劃線表示循環(huán)消耗充電電池的充電特性。
附圖6還示出將循環(huán)消耗充電電池的點劃線的橫坐標值(充電時間)乘以1/D，即1/0.84(＝1.19)后獲得的虛線。
在附圖6中，橫坐標表示充電時間(小時)，縱坐標表示充電電流值。
附圖6中由循環(huán)消耗充電電池(即被檢充電電池)的充電電流曲線與充電時間軸包圍的面積對應(yīng)于充電量。這樣，當被檢充電電池的電存儲容量下降為對應(yīng)于所述被檢充電電池的標準充電電池的D倍(這里D是一個0＜D≤1的常數(shù))時，由被檢充電電池的充電電流曲線與充電時間軸包圍的面積變?yōu)闃藴食潆婋姵氐南鄳?yīng)面積的D倍。
這種情況表明當電存儲容量下降為標準充電電池的D倍的被檢充電電池的充電電流曲線在充電時間軸的方向上乘以1/D(這里D是一個0＜D≤1的常數(shù))，并且被檢充電電池的充電電流曲線與充電時間軸包圍的面積乘以1/D時，被檢充電電池的電存儲容量基本與標準充電電池的相等。從附圖6中實線與虛線的比較還可以理解的是，盡管通過乘以1/D校正的充電電流曲線與充電時間軸包圍的面積與標準充電電池的面積沒有不同，但是前者電池的放電曲線與后者電池的放電曲線不同。這樣，可以將被檢充電電池的充電電流曲線轉(zhuǎn)換為只增加內(nèi)阻從而增加恒壓充電方式下的充電量的充電電流曲線。
因此，當被檢充電電池的電存儲容量下降為對應(yīng)于所述被檢充電電池的標準充電電池的電存儲容量的D倍(這里D是一個0＜D≤1的常數(shù))時，通過將被檢充電電池恒壓充電方式下的充電量乘以1/D并將其適用于預(yù)先獲得的、所述標準充電電池的關(guān)于在恒壓充電方式下其充電量與在內(nèi)阻增加或減小時的內(nèi)阻或內(nèi)阻的增加或減小量之間的關(guān)系的數(shù)據(jù)中，可以檢測到被檢充電電池的內(nèi)阻。
本發(fā)明中的D的值(即D值)對應(yīng)于被檢充電電池的電存儲容量(b)與對應(yīng)于所述被檢充電電池的一個標準充電電池的電存儲容量(a)的比值。
D值可通過下面的方式獲得。首先，對于標準充電電池和被檢充電電池，測量對應(yīng)于標準充電電池(a)全充滿時的電量C和對應(yīng)于被檢充電電池(b)全充滿時的電量C′，或?qū)?yīng)于標準充電電池的從全充滿的狀態(tài)到100％放電度為止的總放電量C和對應(yīng)于被檢充電電池的總放電量C′。然后計算被檢充電電池全充滿時的電量C′(＝電存儲容量)與標準充電電池全充滿時的電量C(＝電存儲容量)之間的比值(C′/C)，以獲得一個D值＝C′/C。在這種情況下，可以用額定容量代替標準充電電池全充滿時的電量C。
除此之外，在采用恒流(I0)-恒壓(Vmax)充電方式進行充電時，對于標準充電電池和被檢充電電池，測量對應(yīng)于標準充電電池的從恒流(I0)充電方式轉(zhuǎn)換為恒壓(Vmax)充電方式的時間開始直到達到指定電流值為止的時間tM和對應(yīng)于被檢充電電池的tM′，另外，還測量對應(yīng)于標準充電電池的恒壓充電方式下的充電量Qcv和對應(yīng)于被檢充電電池的Qcv′，依據(jù)上述公式(5)，即D＝(QCV′-I0×tM′)/(QCV-I0×tM)，可獲得一個D值。
這里，更優(yōu)選地是，前述指定電流值(IM)為恒流(I0)的1/2。
現(xiàn)在，可利用附圖6所示的電存儲容量降低的充電電池的充電電流曲線在充電時間軸方向乘以1/D后獲得的充電電流曲線包圍的面積等于標準充電電池的充電電流曲線與充電時間軸包圍的面積的關(guān)系導(dǎo)出上述公式(5)。
根據(jù)后面的方法，可通過利用在恒流-恒壓充電方式(CCCV充電方式)中恒壓充電方式下充電量和充電電流值的信息，高精確地輕松計算得到D值，而無需測量全充滿時的電量。
作為本發(fā)明的CCCV充電方式中恒壓充電方式下的充電量，可采用從恒流充電方式轉(zhuǎn)換為恒壓充電方式的時間總開始到達下面三個時間點(1)到(3)中的任意一個時間點時的充電量。
(1)恒壓充電方式下的充電電流值充分地減小到一個指定電流值(Imin)時的一個時間點。
(2)恒壓充電方式下的充電電流值達到一個指定電流值(In)以后經(jīng)過指定時間(tn)時的一個時間點。
(3)恒流充電方式轉(zhuǎn)換為恒壓充電方式后經(jīng)過一個指定時間(tf)的一個時間點。這里的指定時間(tf)表示充電電流值變得足夠小時的時間，該值由預(yù)先進行的試驗決定。另外，在采用CCCV充電方式進行充電時，可將采用恒流充電方式開始充電后所經(jīng)過的時間設(shè)為指定時間(tf)。
可將上述(1)到(3)所述的任一個條件設(shè)為本發(fā)明檢測方法中充電結(jié)束的條件。
可將上述(1)到(3)任一時間點的恒壓充電方式下的充電量認為是達到全充滿狀態(tài)時恒壓充電方式下充電量的原因是由于下面的因素。即在(1)到(3)任一時間點時，充電電流值已變得足夠小。因此在該時間點之后，如果繼續(xù)進行充電直到充電電流基本變?yōu)榱銥橹?，充電量微小增加。這只對本發(fā)明檢測用的充電電池的內(nèi)阻檢測產(chǎn)生微小影響(微小誤差)，可忽略不計。
下面，結(jié)合附圖對本發(fā)明用來檢測充電電池內(nèi)阻的檢測設(shè)備的一個實施例進行描述。
順便提及，利用本發(fā)明的檢測設(shè)備檢測其內(nèi)阻的所述充電電池包括充電電池組中的一個充電電池，該充電電池組具有所述充電電池和一個控制電路，在控制電路內(nèi)在所述充電電池的一個充放電路徑中提供一個可執(zhí)行開-關(guān)控制的充電開關(guān)元件、一個用于放電的開關(guān)元件和一個用來檢測充放電電流值的檢測元件中的一個或多個。
附圖7是作為本發(fā)明中用來檢測一個被檢充電電池內(nèi)阻的檢測設(shè)備的主要組成部分的一個電路的一個實施例的示意圖，所述被檢充電電池采用恒流-恒壓充電方式(CCCV方式方法)進行充電?？梢岳斫獾氖?，該實施例只為說明目的，可在不違背本發(fā)明原則的范圍內(nèi)利用多種方式任意改動。
下面對附圖7所示的檢測設(shè)備進行描述。
本發(fā)明的檢測設(shè)備的電路組成主要包括一對用于將被檢充電電池與設(shè)備主體連接的端點701，一個用來檢測被檢充電電池的一對端點之間的電壓(端點間電壓)的電池電壓檢測部件702，一個用來檢測被檢充電電池充電電流的充電電流檢測部件703，和一個控制部件704。端點對701用來方便安全地電連接被檢充電電池和設(shè)備主體。
電池電壓檢測部件702用來以高輸入阻抗檢測被檢充電電池正負極之間的端點間電壓，檢測到的電壓信息從電池電壓檢測部件702輸出到控制部件704。
充電電流檢測部件703用來以低輸入阻抗檢測被檢充電電池的充電電流，檢測到的充電電流信息從充電電流檢測部件703輸出到控制部件704。
控制部件704具有一個計時器(一個計數(shù)器)和一個位于其內(nèi)部或外部的計算單元。
基于電池電壓檢測部件702提供的電壓信息，控制部件704用來將恒流充電方式轉(zhuǎn)換為恒壓充電方式。
轉(zhuǎn)換時間后的充電持續(xù)時間由計時器(計數(shù)器)測量?；诔潆婋娏鳈z測部件703提供的充電電流信息和控制部件704中計時器(計數(shù)器)提供的充電持續(xù)時間信息，利用控制部件704的計算單元獲得被檢充電電池的充電量(＝充電容量)。
控制部件704還具有一個位于其內(nèi)部或外部的存儲器用作存儲裝置。在控制部件704的存儲裝置中，提前存儲預(yù)先獲得的、相應(yīng)的標準充電電池的關(guān)于在恒壓充電方式下其充電量與在增加或減小時的內(nèi)阻或它們的增加或減小量之間的關(guān)系的數(shù)據(jù)。所述標準充電電池在類型和種類上與被檢充電電池的相同。
在控制部件704中，計算單元用來通過將測量到的被檢充電電池在恒壓充電方式下的充電量適用于存儲在存儲裝置中的標準充電電池的充電量對內(nèi)阻的關(guān)系信息中，從而計算被檢充電電池的內(nèi)阻。
該實施例中本發(fā)明的檢測設(shè)備可通過與采用CCCV充電方式充電的被檢充電電池連接而單獨運行。對于這時設(shè)備主體所需的電源，附圖中未示出，但是可設(shè)計由外部提供的電源。另一個選擇方案是，可以由與設(shè)備主體連接的充電器或被檢充電電池提供電源。
附圖8是一個充電電池組的一個電路組成的實施例示意圖，充電電池組安裝有具有附圖7所示電路的檢測設(shè)備和一個充電電池(801)的組合。
附圖8所示的檢測設(shè)備的電路組成是附圖7所示電路組成的一部分變形。因此這里對附圖7未示出的組成部分進行描述。
可以將充電電池組中的檢測設(shè)備(用來檢測用作被檢充電電池的充電電池(801)的內(nèi)阻)經(jīng)過充電電池組的正負端與附圖7所示的用于對充電電池(801)充電的一對端點701連接。
附圖8所示的充電電池組具有前述的充電電池801、充電電池組的一個正端802和一個負端803、一個充電正端804(負端803也可用作充電負端)、一個電池電壓調(diào)整輸出端805、一個用來檢測充電電池組的一對端點之間的電壓(端點間電壓)的電池電壓檢測部件806、一個用來檢測充電電池組充電電流值的充電電流檢測部件807、分別用于充電電池組中的充電電池801的一個防止過度放電的元件808和一個防止過度充電的元件809、一個與附圖7中的控制部件704相同的控制部件810。
防止過度放電的元件808和防止過度充電的元件809中的每一個可包括由寄生二極管、FET等等提供的MOS。
附圖8所示的充電電池組這里只安了一個充電電池，這只是為了簡化目的，而不是僅限于此，這里充電電池組可安裝多個充電電池。
電池電壓檢測部件806用來檢測用作被檢充電電池的充電電池的正負端(802，803)之間的電壓，該電壓信息被輸出到控制部件810。充電電流檢測部件807用來檢測充電電池組的充電電流值，該電流信息被輸出到控制部件810。除了還對防止過度放電的元件808和防止過度充電的元件809進行開關(guān)控制以外，控制部件810與前面附圖7中所述控制部件704的運行方式基本相同地作用以檢測作為被檢充電電池的充電電池組的內(nèi)阻。
可將由附圖7所示檢測設(shè)備代表的本發(fā)明檢測設(shè)備提供給一個充電器。在這種情況下，充電器中充電電池的內(nèi)阻信息可被表示或輸出給外部。
也可將由附圖7所示檢測設(shè)備代表的本發(fā)明檢測設(shè)備提供給將充電電池用作電源的其他設(shè)備主體。通過將檢測設(shè)備提供給這樣的設(shè)備，根據(jù)裝有充電電池的設(shè)備一側(cè)中的電池的內(nèi)阻，通過正確控制從充電電池輸出的功率可以將運行時間延長到最大，或可以通過基于與充電電池壽命相關(guān)的內(nèi)阻預(yù)先知道充電電池需要更換的時間，從而避免運行突然中斷的發(fā)生。
作為這種可通過上述安裝所述檢測設(shè)備的方法提高性能的設(shè)備的具體例子，可想到便攜式電話、個人數(shù)字助手、便攜式計算機和包括摩托車、汽車、輪船、飛機和宇宙飛船的可運動的物體。
除此之外，作為可通過安裝本發(fā)明檢測設(shè)備提高性能的其它設(shè)備(或系統(tǒng))，可想到例如用來檢測充電電池產(chǎn)品是好是壞的檢測儀器和電能存儲系統(tǒng)。
順便提及，可通過將多個種類相同類型互不相同的標準充電電池(例如多個種類相同類型互不相同的標準鋰離子充電電池，多個種類相同類型互不相同的標準鎳金屬氫化物充電電池，多個種類相同類型互不相同的標準鎳鎘充電電池，或多個種類相同類型互不相同的標準鉛酸充電電池)的每一個的特性信息輸入到它的存儲裝置中，使本發(fā)明檢測設(shè)備具有通用性。
這種情況下的檢測設(shè)備優(yōu)選地具有一個類型選擇裝置，用來選擇適合用來檢測檢測設(shè)備中給定被檢充電電池的內(nèi)阻的標準充電電池的類型。這種情況下的類型選擇裝置例如可以具有開關(guān)輸入功能或采用導(dǎo)線或無線電信號或光信號的輸入功能。
在這種情況下，不管其種類或類型如何，通過將預(yù)先獲得的、多種標準充電電池的充電量與內(nèi)阻之間的關(guān)系的數(shù)據(jù)存儲在存儲裝置中，并通過由前述類型選擇裝置選擇對應(yīng)于所述被檢充電電池的標準充電電池的所述數(shù)據(jù)的信息，可以檢測采用恒流-恒壓充電方式進行充電的給定被檢充電電池的內(nèi)阻。
這樣，依據(jù)本發(fā)明，可檢測任意一種被檢充電電池的內(nèi)阻。盡管上例中是對鋰離子充電電池進行描述的，但是不限于此。本發(fā)明中的被檢充電電池可包括其它各種充電電池，例如鎳金屬氫化物充電電池，鎳鎘充電電池和鉛酸充電電池。
本發(fā)明提供一個用來檢測被檢充電電池的內(nèi)阻的程序。本發(fā)明的程序包括對附圖1或2所示流程圖代表的本發(fā)明檢測方法進行編程而獲得的一個程序。所述程序包含預(yù)先獲得的、對應(yīng)于被檢充電電池的標準充電電池的關(guān)于在恒壓充電方式下其充電量與在內(nèi)阻增加或減小時的內(nèi)阻或它們的增加或減小量之間的關(guān)系的數(shù)據(jù)。
在將一個充電電池用作電源和具有一個控制部件的設(shè)備中，可通過使所述設(shè)備的控制部件具有本發(fā)明前述程序以及預(yù)先獲得的、對應(yīng)于所述設(shè)備提供的所述充電電池的標準充電電池關(guān)于在恒壓充電方式下其充電量與在內(nèi)阻增加或減小時的內(nèi)阻或它們的增加或減小量之間的關(guān)系的數(shù)據(jù)，而使所述設(shè)備具有根據(jù)本發(fā)明的檢測所述充電電池內(nèi)阻的檢測功能。
例如，在通過連接一個充電電池使用的便攜式個人計算機中，它具有一個主要用來從事設(shè)備主體的操作的主要控制部件和一個主要用來從事與外圍設(shè)備的交換的輔助控制部件，這里輔助控制部件用來監(jiān)測來自作為電源的充電電池的電流值或/和電壓值信息。
可以通過使所述個人計算機的輔助控制部件或主要控制部分具有本發(fā)明的程序以及預(yù)先獲得的、對應(yīng)于所述個人計算機提供的所述充電電池的標準充電電池關(guān)于在恒壓充電方式下其充電量與在內(nèi)阻增加或減小時的內(nèi)阻或它們的增加或減小量之間的關(guān)系的數(shù)據(jù)，而使所述個人計算機具有根據(jù)本發(fā)明的檢測所述充電電池內(nèi)阻的檢測功能，從而提高設(shè)備的電源控制精度。在這種情況下，優(yōu)化充電電池現(xiàn)存電量的使用效率，以使設(shè)備呈現(xiàn)最好的性能。

本發(fā)明提供一個存儲上述程序的媒介。具體地，在本發(fā)明的存儲媒介中，存儲對附圖1或2所示流程圖代表的本發(fā)明檢測方法進行編程獲得的一個程序以及預(yù)先獲得的、對應(yīng)于被檢充電電池的標準充電電池關(guān)于在恒壓充電方式下其充電量與在內(nèi)阻增加或減小時的內(nèi)阻或它們的增加或減小量之間的關(guān)系的數(shù)據(jù)。
此外，存儲媒介可包含一個用來計算給定充電電池電存儲容量下降速度的程序和其中存儲的計算所需的數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的存儲媒介可在具有充電功能的設(shè)備中使用，以便通過與存儲媒介相連，該設(shè)備具有檢測其所使用充電電池內(nèi)阻的功能。
這樣的設(shè)備可包括例如充電器、攝像機、數(shù)字照像機、便攜式電話、個人數(shù)字助手、計算機、和交通工具(例如電動車和混合驅(qū)動汽車)，它們分別具有包括充電電池的電源。
即使在所用充電電池的類型或/和種類發(fā)生變化的情況下，通過提供適當?shù)?、能順?yīng)這種變化的存儲媒介，可輕松對變化進行校正，從而實現(xiàn)充電電池內(nèi)阻的精確檢測。
一個充電電池的內(nèi)阻會隨電池溫度改變，也會隨放電電流而改變，隨著內(nèi)阻的這種改變，能被放電的現(xiàn)存電量(殘余容量)會改變。
因此，例如對于將一個充電電池用作電源的裝置，希望估計所述裝置能夠運行的運行時間，僅僅依據(jù)由本發(fā)明的上述方法獲得的充電電池內(nèi)阻和電存儲容量(殘余容量)下降速度的信息，難于更精確地估計運行時間。
為了能夠更精確地估計裝置能夠運行的運行時間，最好獲得關(guān)于裝置中充電電池的在一個電池溫度T和一個放電電流I下內(nèi)阻與放電量之間關(guān)系的校正系數(shù)數(shù)據(jù)。所述數(shù)據(jù)例如可通過下面的方法獲得。
也就是說，首先，將對應(yīng)于裝置中作為被檢充電電池的充電電池的標準充電電池在電池溫度T0(＝25℃或室溫)下的內(nèi)阻設(shè)為R1，且依據(jù)本發(fā)明的檢測方法獲得的被檢充電電池的內(nèi)阻設(shè)為R′＝R1+rs。這里對于給定充電電池，對放電量的校正系數(shù)由電池溫度T和放電電流I下的內(nèi)阻R決定，可由f-T，I(R)表示。
在這個方面，內(nèi)阻為R1的標準充電電池的總放電量可由Cd＝CN×f-T，I(R)表示，對電存儲容量下降速度的校正系數(shù)為D的被檢充電電池的總放電量可由Cd′＝CN×f-T，I(R′)表示。
對于將所述被檢充電電池用作電源的裝置，平均消耗電流設(shè)為i，平均耗電量設(shè)為p，所述標準充電電池在以放電電流值i放電時的平均放電電壓設(shè)為Vm，所述被檢充電電池在以放電電流值i放電時的平均放電電壓設(shè)為Vm′，所述裝置能夠運行的運行時間h可依據(jù)公式h＝Cd′/i或h＝(Vm′×Cd′)/P計算得到，這里Vm′＝Vm-i×(R-R1)＝Vm-i×rs。
下面，對于一個被檢充電電池，在已檢測(預(yù)測)其內(nèi)阻為R′后其電存儲容量為CN，下面將描述獲得對所述被檢充電電池在電池溫度T和放電電流Id下的放電量(即放電容量)的校正系數(shù)數(shù)據(jù)的一個方法的實例。
當被檢充電電池是一個電存儲容量未改變(下降)但僅內(nèi)阻增加的充電電池時，為了發(fā)現(xiàn)在電池溫度T和放電電流Id下其特性相對于放電容量將如何變化，將一個電阻rs與所述充電電池串聯(lián)，以人為地增加其內(nèi)阻，并對充電電池采用恒流-恒壓充電方式進行充電，此后充電電池在指定電池溫度T和指定放電電流Id下進行放電，在此測得充電量(充電容量)。然后充電電池采用恒流充電方式進行充電，直到充電電壓達到預(yù)定電壓值為止，在此測量充電電池的內(nèi)阻。
依據(jù)前面結(jié)合附圖9描述的方法進行該過程。
具體地，如前所述，附圖9是一個電路的示意圖，該電路中一個電阻rs以串聯(lián)方式與內(nèi)阻為R1的標準充電電池電連接，一個充電器與所述充電電池電連接。作為附圖9中的標準充電電池，可采用一個在市場上可購買到的鋰離子充電電池，其額定容量為1680mAh，直徑為18mm，高為65mm。該鋰離子充電電池按下面七種情況所示的方式使用一種沒有電阻rs與鋰離子充電電池連接的情況，一種27mΩ電阻rs與充電電池連接的情況，一種39mΩ電阻rs與充電電池連接的情況，一種62mΩ電阻rs與充電電池連接的情況，一種91mΩ電阻rs與充電電池連接的情況，一種110mΩ電阻rs與充電電池連接的情況，和一種150mΩ電阻rs與充電電池連接的情況。在七種情況的每一種中，對充電電池采用恒流-恒壓充電方式進行充電。具體地，充電電池從100％放電度開始以1.7A的恒流充電直到充電電壓達到4.2V，接著充電電池在恒壓充電方式下以4.2V的恒壓充電直至充電電流減小到0.1A。此后，充電電池在電池溫度25℃和放電電流值1.7A下進行放電，直至電池電壓變?yōu)?.0V為止，在此測量放電量(放電容量)。此后，充電電池采用恒流充電方式以恒流值1.7A進行充電，當充電電壓達到4.2V時測量電池電壓[開路電壓(VOC)]。然后利用這個VOC，依據(jù)上述公式(2)計算充電電池的內(nèi)阻R。
不同情況下計算得到的內(nèi)阻值(mΩ)如表2所示，同時示出了不同情況下的放電量(mAh)和它們與額定容量的比值。
基于表2所示的結(jié)果，獲得每一種情況下內(nèi)阻R與放電量(放電容量)[25℃(電池溫度)和1.7A(放電電流值)下直到電池電壓(＝開路電壓)達到3.0V時]對額定容量(1680mAh)比值之間的關(guān)系，獲得的結(jié)果以圖形方式如附圖14所示。
這里，可以認為內(nèi)阻R與放電量(放電容量)(25℃和1.7A下直到電池電壓達到3.0V時)對額定容量的比值之間的關(guān)系作為放電量(放電容量)的校正系數(shù)。在這個方面，可以認為校正系數(shù)可由內(nèi)阻R的函數(shù)式表示，如下面的公式(6)所示f-25℃，1.7A(R)＝Gn×Rn+Gn-1×Rn-1+…G1×R1+G0×R0——(6)在公式(6)中，Gn到G0是由所用充電電池的種類或類型、額定容量等等決定的不同的常數(shù)。
在該例中，假設(shè)放電容量的校正系數(shù)由內(nèi)阻R的一個三項式表示，基于預(yù)先獲得的、一個可購買到的、額定容量為1680mAh、直徑為18mm、高為65mm的鋰離子充電電池的充電特性數(shù)據(jù)，以及從附圖14中的曲線擬合，可獲得放電容量的校正系數(shù)的函數(shù)式，它可作為內(nèi)阻R與放電量(放電容量)[25℃(電池溫度)和1.7A(放電電流值)下直到電池電壓達到3.0V時]對額定容量比值之間的關(guān)系，由下面的三項式(7)表示f-25℃，1.7A(R)＝[(-0.0000000068×R3)+(0.0000041892×R2)]+(-0.0010928023×R)+1.0698074090——(7)可依據(jù)三項式(7)獲得f-25℃，1.7A(R)的數(shù)據(jù)。
通過這種方式獲得的數(shù)據(jù)稍微有些不同，這取決于所使用的充電電池。因此，對于多個相同種類和類型的充電電池，最好獲取它們的f-25℃，1.7A(R)數(shù)據(jù)，然后對所獲得的數(shù)據(jù)求平均供以后使用。
在該例中，內(nèi)阻R與放電量(放電容量)[25℃(電池溫度)和1.7A(放電電流值)下直到電池電壓達到3.0V時]對額定容量比值之間的關(guān)系函數(shù)式由三項式表示，但是關(guān)于前述關(guān)系的函數(shù)式的多項式次數(shù)是不受限制的。同樣地，函數(shù)關(guān)系式不限于以次數(shù)n的形式表示的這種多項式。
另外，在該例中，電池溫度T和放電電流Id下放電量校正系數(shù)與內(nèi)阻之間的關(guān)系數(shù)據(jù)已被解釋為是基于擬合曲線的函數(shù)式，但是這是非限制性的。前述關(guān)系也可以數(shù)據(jù)表為基礎(chǔ)。
如上所述，充電量(＝充電容量)與內(nèi)阻R或其增加或減小量之間的關(guān)系，以及電池溫度T和放電電流Id下放電量校正系數(shù)與內(nèi)阻之間的關(guān)系不分別限于從前面測量到的數(shù)據(jù)獲得的函數(shù)式。
例如，作為這樣的函數(shù)式，可采用通過在一個標準充電電池的陰陽極、它們的組成、厚度、密度、尺寸等等信息和所述充電電池的電解溶液或電池結(jié)構(gòu)信息的基礎(chǔ)上仿真的方法獲得的函數(shù)式。另外，可采用基于大量從消耗狀態(tài)下的各種充電電池上獲得的測量數(shù)據(jù)的經(jīng)驗公式。但是，這些方法并不實用，因為需要預(yù)先提供消耗狀態(tài)下的各種充電電池，需要調(diào)整和分析大量的數(shù)據(jù)，為此需要付出大量的勞動。
因此，最好在恒壓充電方式下充電量(＝充電容量)與內(nèi)阻或其增加或減小量之間的關(guān)系數(shù)據(jù)以及校正系數(shù)的數(shù)據(jù)(即電池溫度T和放電電流Id下的放電量(＝放電容量)與內(nèi)阻之間的關(guān)系)可依據(jù)前述參考附圖9的方法獲得，其中，將每個都具有與所述充電電池的內(nèi)阻R1的數(shù)量級基本相同的指定電阻值的多個電阻rs分別連接到具有內(nèi)阻值R1的標準充電電池，這樣人為地增加所述充電電池的內(nèi)阻R。
下面，結(jié)合實例對本發(fā)明進行更詳細的描述?？梢岳斫獾厥?，這些實例僅僅用于說明目的，本發(fā)明不限于這些實例。
例1在該例中，本發(fā)明檢測方法的效率通過下面的方式測試。
這里提供(a)一個在市場上可購買到的標準鋰離子充電電池，其額定容量為1680mAh，直徑為18mm，高為65mm，和(b)一個被檢充電電池，其電存儲容量被認為是沒有下降的，并與標準充電電池(a)的種類和類型相同。
對于標準充電電池(a)，在恒流-恒壓充電方式的恒壓充電方式下其充電量(充電容量)與在內(nèi)阻增加或減小時的內(nèi)阻或其一個增加或減小量之間的關(guān)系數(shù)據(jù)已依據(jù)結(jié)合附圖9的前述方法預(yù)先獲得。
按照附圖1所示的流程圖，采用恒流-恒壓充電方法對被檢充電電池(b)進行充電，并檢測(預(yù)測)被檢充電電池(b)的內(nèi)阻。在這之后，測量被檢充電電池(b)的實際內(nèi)阻。
通過檢測到的內(nèi)阻與實際內(nèi)阻的比較，測試本發(fā)明檢測方法的效率。
具體地，被檢充電電池(b)采用恒流充電方式以恒流值1.7A進行充電直到充電電壓達到4.2V，接著被檢充電電池(b)在恒壓充電方式下以4.2V的恒壓充電直至充電電流減小到0.1A時充電結(jié)束，從恒壓充電方式充電過程中測得的電流值計算被檢充電電池(b)在恒壓充電方式下的充電量。
然后，將被檢充電電池(b)的充電量代入前面內(nèi)阻R與充電量Q的關(guān)系R(Ω)的函數(shù)式(4)中，函數(shù)式(4)從前述標準充電電池(a)關(guān)于其充電量與在所述內(nèi)阻增加或減小時的內(nèi)阻或所述的內(nèi)阻的增加或減小量之間的關(guān)系數(shù)據(jù)中獲得，由此檢測(預(yù)測)到被檢充電電池(b)的內(nèi)阻。
在這之后，被檢充電電池(b)以恒流值0.17A進行放電，直到最終電壓為3.0V為止，之后，被檢充電電池(b)采用恒流充電方式以1.7A的恒流值進行充電，當充電電壓達到4.2V時結(jié)束恒流充電方式下的充電，然后在經(jīng)過一個指定時間之后，測量被檢充電電池(b)的開路電壓(＝電池電壓)，并依據(jù)前述公式(1)計算被檢充電電池(b)的內(nèi)阻。
如上獲得的結(jié)果集中如表3所示。
在表3中，CV下的充電量值為一個按恒流充電方式下的充電量(一個累積充電量)，檢測到的內(nèi)阻值為通過本發(fā)明檢測方法獲得的預(yù)測內(nèi)阻值，開路電壓值為充電結(jié)束后經(jīng)過預(yù)定時間時的電池電壓值，計算得到的內(nèi)阻值為基于在VC＝4.7和I＝1.7時依據(jù)前述公式(1)獲得的開路電壓VOC計算得到的內(nèi)阻值。
從表3所示的結(jié)果，被檢充電電池(b)的檢測到的內(nèi)阻值[145.4(mΩ)]與內(nèi)阻值[144.1(mΩ)](基于開路電壓計算的)之間的誤差如下計算|145.4-144.1|/144.1×100＝0.9(％)——(8)這樣，發(fā)現(xiàn)所述誤差為0.9％。
從該結(jié)果，可以理解地是，依據(jù)本發(fā)明的檢測方法，人們可以從被檢充電電池在恒壓充電方式下測得的充電量值，高精度地輕松檢測被檢充電電池的內(nèi)阻，而不需要在恒流-恒壓充電方式中執(zhí)行特定的操作或不需為檢測花費特定的時間。
例2同例1中的情況一樣，這里提供(a)一個標準充電電池，包含或購買到的標準鋰離子充電電池，其額定容量為1680mAh，直徑為18mm，高為65mm，和(b)一個被檢充電電池，包含與標準充電電池(a)的種類和類型相同的充電電池。
對于標準充電電池(a)，在恒流-恒壓充電方法的恒壓充電方式下其充電量(充電容量)與在所述內(nèi)阻增加或減小時的內(nèi)阻或內(nèi)阻的一個增加或減小量之間的關(guān)系數(shù)據(jù)已依據(jù)結(jié)合附圖9的前述方法預(yù)先獲得。所述數(shù)據(jù)包括由前述表示所述內(nèi)阻(R)(包括所述內(nèi)阻的一個增加或減小量)與所述充電量(Q)之間關(guān)系R(Q)的函數(shù)式(4)獲得的數(shù)據(jù)。
對被檢充電電池(b)通過重復(fù)充放電循環(huán)160次循環(huán)消耗。
按照附圖2所示的流程圖，采用恒流-恒壓充電方式對循環(huán)消耗的被檢充電電池(b)進行充電，并檢測(預(yù)測)其內(nèi)阻。在這之后，測量被檢充電電池(b)的實際內(nèi)阻。
通過檢測到的內(nèi)阻與實際內(nèi)阻的比較，測試本發(fā)明檢測方法的效率。
具體地，被檢充電電池(b)采用恒流充電方式以1.7A的恒流值進行充電直到充電電壓達到4.2V，接著被檢充電電池(b)在恒壓充電方式下以4.2V的恒壓充電，直至充電電流減小到0.1A時結(jié)束充電，計算被檢充電電池(b)在恒壓充電方式下的充電量(Qcv′)。然后，在將被檢充電電池(b)的充電量(Qcv′)乘以1/D[D為被檢充電電池(b)電存儲容量的下降速度之后，將充電量乘以1/D獲得的值代入前述函數(shù)式(4)[其為恒流充電方式下內(nèi)阻R(包括所述內(nèi)阻的一個增加或減小量)與充電量Q之間的關(guān)系R(Ω)]的Q中，由函數(shù)式(4)獲得的數(shù)據(jù)被包括在前述標準充電電池(a)的數(shù)據(jù)中，由此檢測(預(yù)測)被檢充電電池(b)的內(nèi)阻(R)。
在這之后，被檢充電電池(b)以恒流值0.17A進行放電，直到最終電壓為3.0V為止，之后，被檢充電電池(b)采用恒流充電方式以1.7A的恒流值進行充電，當充電電壓達到4.2V時結(jié)束在恒流充電方式下的充電，然后在經(jīng)過一個指定時間之后，測量被檢充電電池(b)的開路電壓(V)，依據(jù)前述公式(1)，計算被檢充電電池(b)的內(nèi)阻(R)。
如上獲得的結(jié)果集中如表4所示。
從表4所示的結(jié)果，被檢充電電池(b)的檢測到的內(nèi)阻值[203.6(mΩ)]與內(nèi)阻值[205.9(mΩ)](基于開路電壓的計算)之間的誤差按下式(9)所示地計算|203.6-205.9|/205.9×100＝1.1(％)——(9)這樣，發(fā)現(xiàn)所述誤差為1.1％。
這里，表4中被檢充電電池(b)電存儲容量的下降速度D值按下述方法獲得。
在被檢充電電池(b)的上述充電運行中，測量從按恒流1.7A的恒流充電方式轉(zhuǎn)換為按恒壓4.2V的恒壓充電方式的轉(zhuǎn)換時間開始直到恒壓充電方式下的充電電流達到一個指定值0.85A為止的持續(xù)時間(tM′)，以及恒壓充電方式下的充電量(Qcv′)，這里，標準充電電池(a)的持續(xù)時間(tM)和充電量(Qcv)從其預(yù)先獲得的數(shù)據(jù)中已知，并在公式(5)中使用。這樣通過將被檢充電電池(b)的所述Qcv′和tM′和標準充電電池(a)的所述Qcv和tM代入前述公式(5)中，獲得一個D值。
獲得的結(jié)果集中如表5所示。
這里，由于公式(5)中的I0是恒流充電方式下的充電電流值1.7A，作為被檢充電電池(b)的電存儲容量下降速度的D值可依據(jù)下式(10)計算得到D＝(0.6231-1.7×0.308)/(0.4038-1.7×0.170)——(10)現(xiàn)在，通過如下的方式檢查本發(fā)明檢測方法的效率比較其中不使用本發(fā)明檢測方法預(yù)測性地檢測被檢充電電池內(nèi)阻的情況與測量被檢充電電池的開路電壓并依據(jù)前述公式(1)計算內(nèi)阻的情況，以及比較前者與后者情況中獲得內(nèi)阻所花費的時間。
附圖15示出循環(huán)消耗的被檢充電電池(b)的電池電壓(由于這時充電電流值實質(zhì)上為零，它對應(yīng)于開路電壓)對被檢充電電池(b)充電結(jié)束后經(jīng)過時間120分鐘的變化曲線圖，被檢充電電池(b)采用恒流充電方式以1.7A的恒流值進行充電，當充電電壓達到4.2V時結(jié)束充電。如附圖15所示的曲線，可以理解地是，電池電壓逐漸下降，經(jīng)過時間90分鐘后，電池電壓收斂到一個電壓值3.85。
附圖16示出通過一種方法形成的曲線圖，在該方法中，將附圖15中的縱坐標電池電壓值代入前述公式(1)中的VOC0中，在Vd＝4.2和I＝1.7的條件下繪制所得的內(nèi)阻值。
附圖16所示的曲線圖說明將各個時間的電池電壓認為是開路電壓時計算得到的被檢充電電池(b)的內(nèi)阻值。
當假設(shè)上述電壓值3.85V是經(jīng)過90分鐘后的一個開路電壓值，可以認為這個3.85V對應(yīng)于一個合理的開路電壓值，且205.9(mΩ)是真正的內(nèi)阻(R)。
附圖17示出通過一種方法形成的曲線圖，在該方法中，使在附圖16中從電池電壓相對經(jīng)過時間計算得到的縱坐標的內(nèi)阻值為R0，并在與橫坐標軸的經(jīng)過時間有關(guān)的縱坐標軸上繪制計算的結(jié)果來進行下式(11)的計算。
|R0-R|/R×100——(11)附圖17所示的曲線圖舉例說明將各個時間的電池電壓認為是開路電壓時計算得到的被檢充電電池(b)的內(nèi)阻值與真正內(nèi)阻(R)的誤差。
對于附圖17所示的曲線圖，可以理解地是，上述精度的誤差1.1％(從前述公式(9)獲得)與中斷時間超過80分鐘的非常接近，這意味著當采用本發(fā)明的檢測方法時，不需要為了計算內(nèi)阻花費80分鐘的時間來測量開路電壓。
這樣，可以理解地是，依據(jù)本發(fā)明的檢測方法，即使在被檢充電電池已循環(huán)消耗時，仍然可以從所述被檢充電電池在恒壓充電方式下充電量的測量值高精確地輕松檢測到被檢充電電池的內(nèi)阻，而不需要在恒流-恒壓充電方法中執(zhí)行特定的操作或不需為檢測消耗特定的時間。
例3同例1中的情況一樣，這里提供(a)一個標準充電電池，包含可購買到的標準鋰離子充電電池，其額定容量為1680mAh，直徑為18mm，高為65mm，和(b)一個被檢充電電池，包含與標準充電電池(a)的種類和類型相同的充電電池。
對于標準充電電池(a)，在恒流-恒壓充電方式的恒壓充電方式下其充電量(充電容量)與在所述內(nèi)阻增加或減小時的內(nèi)阻或內(nèi)阻的一個增加或減小量之間的關(guān)系數(shù)據(jù)已依據(jù)結(jié)合附圖9的前述方法預(yù)先獲得。所述數(shù)據(jù)包括由前述表示所述內(nèi)阻(R)(包括所述內(nèi)阻的一個增加或減小量)與所述充電量(Q)之間關(guān)系R(Q)的函數(shù)式(4)獲得的數(shù)據(jù)。
對于被檢充電電池(b)，通過將其保持在溫度為80℃的環(huán)境中10天而消耗它。
按照附圖2所示的流程圖，采用恒流-恒壓充電方式對消耗的被檢充電電池(b)進行充電，并檢測(預(yù)測)其內(nèi)阻。在這之后，測量被檢充電電池(b)的實際內(nèi)阻。
通過檢測到內(nèi)阻與實際內(nèi)阻的比較，測試本發(fā)明檢測方法的效率。
具體地，被檢充電電池(b)采用恒流充電方式以1.7A的恒流值進行充電直到充電電壓達到4.2V，接著被檢充電電池(b)在恒壓充電方式下以4.2V的恒壓值進行充電，當充電電流減小到0.1A時結(jié)束充電，測量被檢充電電池(b)在恒壓充電方式下的充電量(Qcv′)。然后，在將被檢充電電池(b)的充電量(Qcv′)乘以1/D[D為被檢充電電池(b)電存儲容量的下降速度]之后，將充電量乘以1/D獲得的值代入前述函數(shù)式(4)[為內(nèi)阻R(包括所述內(nèi)阻的一個增加或減小量)與恒流充電方式下其充電量Q之間的關(guān)系R(Q)]的Q中。
這里D值的獲得同例2，即，通過在公式(5)中使用的被檢充電電池(b)的測量數(shù)據(jù)和標準充電電池(a)的預(yù)先獲得的數(shù)據(jù)，對公式(5)進行計算而獲得。
由此，檢測(預(yù)測)被檢充電電池(b)的內(nèi)阻(R)。
在這之后，被檢充電電池(b)以恒流值0.17A進行放電，直到最終電壓為3.0V為止，之后，被檢充電電池(b)采用恒流充電方式以1.7A的恒流值進行充電，當充電電壓達到4.2V時結(jié)束恒流充電方式下的充電，然后在經(jīng)過一個指定時間之后，測量被檢充電電池(b)的開路電壓(V)，依據(jù)前述公式(1)，計算被檢充電電池(b)的內(nèi)阻(R)。
如上獲得的結(jié)果集中如表6所示。在表6中，CV方式下的充電量值Q′cv為一個恒壓充電方式下的充電量，檢測到的內(nèi)阻值(mΩ)為一個通過本發(fā)明檢測方法獲得的預(yù)測內(nèi)阻值，開路電壓值(V)為充電結(jié)束后經(jīng)過預(yù)定時間時的一個開路電壓值，計算得到的內(nèi)阻值(mΩ)為利用在前述公式(1)VC＝4.7和I＝1.7A時計算得到的開路電壓值VOC內(nèi)獲得的內(nèi)阻值。
從表6所示的結(jié)果，被檢充電電池(b)的檢測到的內(nèi)阻值[305.8(mΩ)]與計算得到的內(nèi)阻值[311.8(mΩ)]之間的誤差按下式所示計算|305.8-311.8|/311.8×100＝1.9(％)——(12)這樣，發(fā)現(xiàn)所述誤差為1.9％。
這里，表6中被檢充電電池(b)電存儲容量的下降速度D值按下述方法獲得。
在被檢充電電池(b)的上述充電運行中，測量從按恒流1.7A的恒流充電方式轉(zhuǎn)換為按恒壓4.2V的恒壓充電方式的轉(zhuǎn)換時間開始直到恒壓充電方式下的充電電流達到一個指定值0.85A為止的持續(xù)時間(tM′)，以及在此時間內(nèi)的恒壓充電方式下的充電量(Qcv′)。
這里，標準充電電池(a)的持續(xù)時間(tM)和充電量(Qcv)從其預(yù)先獲得的數(shù)據(jù)中已知，并在公式(5)中使用。這樣，通過將被檢充電電池(b)的所述Qcv′和tM′和標準充電電池(a)的所述Qcv和tM代入前述公式(5)中，獲得一個D值獲得的結(jié)果集中如表7所示。
這里，由于公式(1)中的I是恒流充電方式下的充電電流值1.7A，作為被檢充電電池(b)的電存儲容量下降速度的D值可依據(jù)下式(13)計算得到D＝(1.1705-1.7×0.637)/(0.4038-1.7×0.170)——(13)從附圖17，發(fā)現(xiàn)上述誤差1.9％為與由經(jīng)過45分鐘之后的開路電壓值獲得的內(nèi)阻值精度非常接近的精度。
這樣，可以理解，依據(jù)本發(fā)明的檢測方法，即使在所述被檢充電電池由于長時間放置在高溫環(huán)境中而已被消耗時，仍然可以從被檢充電電池在恒壓充電方式下充電量的測量值以高精度輕松檢測被檢充電電池的內(nèi)阻，而不需要在恒流-恒壓充電方式中執(zhí)行特定的操作或不需為檢測花費特定的時間。
例4這里提供a)一個標準充電電池，包含可購買到的標準鋰離子充電電池，其額定容量為1680mAh，直徑為18mm，高為65mm。對于標準充電電池(a)，在恒流-恒壓充電方式的恒壓充電方式下其充電量(充電容量)與在所述內(nèi)阻增加或減小時的內(nèi)阻或內(nèi)阻的一個增加或減小量之間的關(guān)系數(shù)據(jù)已依據(jù)結(jié)合附圖9的前述方法預(yù)先獲得。對于標準充電電池(a)，指定電池溫度T和指定放電電流值Id下的放電容量校正系數(shù)與所述內(nèi)阻之間的關(guān)系數(shù)據(jù)也已依據(jù)前述放電量校正系數(shù)的數(shù)據(jù)采集實例中的所述方法獲得。
作為被檢充電電池(b)，這里提供一個充電電池組(其電存儲容量被認為是沒有下降的)，它具有一個與標準充電電池種類和類型相同的充電電池，其中，在所述充電電池的充放電路徑上安裝有一個包含一個提供有寄生二極管的MOS的防止過度充電的元件，一個包含EFT(商品名FY8ABJ-03，由MitsubishidenkiKabushiki Kaisha生產(chǎn))的防止過度放電的元件和一個用于檢測放電電流的電阻WSL-2512(20mΩ)(由Vishay Intertechnology公司生產(chǎn))。
下文將該充電電池組稱為“被檢充電電池(b)”。
按照附圖1所示的流程圖，采用恒流-恒壓充電方法對被檢充電電池(b)進行充電，并檢測(預(yù)測)被檢充電電池(b)的內(nèi)阻。在這之后，測量被檢充電電池(b)的實際內(nèi)阻。
通過檢測到內(nèi)阻與實際內(nèi)阻的比較，測試本發(fā)明檢測方法的效率。
具體地，被檢充電電池(b)采用恒流充電方式以1.7A的恒流值進行充電直到充電電壓達到4.2V，接著被檢充電電池(b)在恒壓充電方式下以4.2V的恒壓充電，當充電電流減小到0.1A時結(jié)束充電，測量被檢充電電池(b)在恒壓充電方式下的充電量。
然后，將被檢充電電池(b)的充電量代入前面表面內(nèi)阻R與充電量Q的關(guān)系R(Ω)的函數(shù)式(4)的Q中，函數(shù)式(4)從前述標準充電電池(a)的關(guān)于其充電量與在所述內(nèi)阻增加或減小時其內(nèi)阻或內(nèi)阻增加或減小量的關(guān)系數(shù)據(jù)中獲得，由此檢測(預(yù)測)被檢充電電池(b)的內(nèi)阻。
將檢測到的內(nèi)阻代入前述函數(shù)式(7)中，函數(shù)式(7)是對直到電池溫度25℃和放電電流值1.7A下電池電壓達到3.0V時的放電量(＝放電容量)與額定容量的比值關(guān)系的放電容量校正系數(shù)的一個例子，由此估計直到電池溫變25℃和放電電流值1.7A時電池電壓達到的放電容量與額定容量的比值，從該估計值，預(yù)測放電能夠進行的持續(xù)時間。
在這之后，被檢充電電池(b)在電池溫度25℃按放電電流值1.7A進行放電，直至最終電壓3.0V為止，測量從開始放電到電池電壓達到最終電壓3.0V為止的放電時間。之后，被檢充電電池(b)采用恒流充電方式以1.7A的恒流值進行充電，當充電電壓達到4.2V時結(jié)束恒流充電方式下的充電，然后在經(jīng)過一個指定時間之后，測量被檢充電電池(b)的開路電壓(＝電池電壓)，且依據(jù)前述公式(1)計算被檢充電電池(b)的內(nèi)阻(R)。
如上獲得的與內(nèi)阻相關(guān)的結(jié)果集中如表8所示，如上獲得的與充電時間相關(guān)的結(jié)果集中如表9所示。
從表8所示的結(jié)果，被檢充電電池(b)的檢測到的內(nèi)阻值[233.1(mΩ)]與內(nèi)阻值[235.3(mΩ)](從開路電壓值計算得到)之間的誤差按下式(14)所示計算|233.1-235.3|/235.3×100＝0.9(％)——(14)這樣，發(fā)現(xiàn)檢測到的內(nèi)阻值與計算得到的內(nèi)阻之間的所述誤差為0.9％。
另外，從表9所示的結(jié)果，直到在電池溫度25℃和放電電流值1.7A下被檢充電電池(b)的電池電壓達到3.0V時的放電時間的估計值[56.7(分鐘)]與測量值[57.1(分鐘)]之間的誤差按下式(15)所示計算|56.7-57.1|/57.1×100＝0.7(％)——(15)這樣，發(fā)現(xiàn)充電時間的估計值與測量值之間的所述誤差為0.7％。
從上述描述可以理解到，即使被檢充電電池是具有一個控制電路的充電電池組中的一個充電電池，其中在所述充電電池的一個充放電路徑中提供一個可執(zhí)行開-關(guān)控制的充電開關(guān)元件、一個用于放電的開關(guān)元件和一個用來檢測充放電電流值的檢測元件中的一個或多個，也可以從恒壓充電方式下充電量的測量值以高精度輕松檢測到所述充電電池組的內(nèi)阻，而不需要在恒流-恒壓充電方式中執(zhí)行特定的操作，或不需為檢測消耗特定的時間。
從例1到4的評價結(jié)果，可以理解的是，依據(jù)本發(fā)明的檢測方法，可以通過一個非常簡單的方法，以高精度輕松檢測到一個給定被檢充電電池組的內(nèi)阻，而不需要在恒流-恒壓充電方式中執(zhí)行特定的操作，或為檢測消耗特定的時間。
順便提及，在例1到4中，使用了一種可購買到的鋰離子充電電池，但是這是非限制性的，可利用本發(fā)明的檢測方法檢測其它各種尺寸、各種種類或各種型號的充電電池的內(nèi)阻，只要它們能夠采用恒流-恒壓充電方法進行充電。此外，在例1到4中，描述了檢測單個電池內(nèi)阻的例子，但是這是非限制性的，也可對各種串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)多個電池的充電電池組，依據(jù)本發(fā)明的檢測方法，在預(yù)先獲得的對應(yīng)于能作為參考標準的標準充電電池組的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，以高精度檢測到它們的內(nèi)阻。
另外，如上所述，已通過對各種實施例和各種實例的舉例說明詳細描述了本發(fā)明，可以理解的是，本發(fā)明的范圍不限于這些實施例和實例，也就是說，在不違背本發(fā)明原則的范圍內(nèi)可以對這些實施例和實例作各種改動。
表1

CV恒壓充電表2

表3

表4

注意Qcv’是關(guān)于被檢充電電池的表5

NOTEQcv是關(guān)于標準充電電池的表6

表7

表8

表9

權(quán)利要求
1.一種在通過包括恒流充電方式和恒壓充電方式的恒流-恒壓充電方式對被檢充電電池進行充電時檢測所述被檢充電電池內(nèi)阻的檢測方法，其中采用所述恒流充電方式以一個恒流值I0開始充電，在所述被檢充電電池的電池電壓到達一個給定電壓值Vmax后采用所述恒壓充電方式以一個恒壓Vmax進行充電直到充電結(jié)束，其特征在于所述檢測方法包括至少一個步驟(a)和一個步驟(b)，在步驟(a)中獲得所述被檢充電電池在恒壓充電方式下的累積充電量，在步驟(b)中將所述步驟(a)中獲得的恒壓充電方式下的所述被檢充電電池的所述充電量適用于預(yù)先獲得的、對應(yīng)于所述被檢充電電池的一個標準充電電池的關(guān)于恒壓充電方式下其充電量Qcv與在內(nèi)阻增加或減小時其內(nèi)阻或它們的增加或減小量的關(guān)系的數(shù)據(jù)中。
2.如權(quán)利要求1所述的檢測方法，其中所述被檢充電電池是一個設(shè)置在一個充電電池組內(nèi)的充電電池，該充電電池組具有一個控制電路，在所述充電電池的一個充放電路徑中提供一個可執(zhí)行開-關(guān)控制的用于充電的開關(guān)元件、一個用于放電的開關(guān)元件和一個用來檢測充放電電流值的檢測元件中的一個或多個。
3.如權(quán)利要求1所述的檢測方法，其中當所述被檢充電電池具有的電存儲容量降低到所述標準充電電池電存儲容量的D倍時，所述控測方法還包括一個步驟(c)，在步驟(c)中對所述步驟(a)中獲得的恒壓充電方式下的所述被檢充電電池的所述充電量通過對該充電量乘以1/D，并且將其適用于在所述步驟(b)中描述的所述預(yù)先獲得的標準充電電池的數(shù)據(jù)中來進行校正，其中，D是一個0＜D≤1的常數(shù)。
4.如權(quán)利要求3所述的檢測方法，其中在假設(shè)所述電存儲容量降低到所述標準充電電池的電存儲容量D的倍的情況下，對于被檢充電電池，當從按恒流值I0的恒流充電方式轉(zhuǎn)換為按恒壓Vmax的恒壓充電方式的轉(zhuǎn)換時間開始到恒壓充電方式下的充電電流達到一個指定電流值IM為止的一個持續(xù)時間以及所述恒壓充電方式下的一個充電量被分別設(shè)為tM′和Qcv′，對于標準充電電池上述對應(yīng)值分別設(shè)為tM和Qcv時，依據(jù)函數(shù)式D＝(QCV′-I0×tM′)/(QCV-I0×tM)，被檢充電電池的電存儲容量被估計為標準充電電池的電存儲容量的D倍。
5.如權(quán)利要求4所述的檢測方法，其中所述指定電流值IM相對于恒流充電方式下充電電流值I0的范圍是0.4×I0≤IM≤0.6×I0。
6.如權(quán)利要求5所述的檢測方法，其中所述指定電流值IM是所述電流值I0的一半，即IM＝0.5×I0。
7.如權(quán)利要求1所述的檢測方法，其中所述預(yù)先獲得的、所述標準充電電池的關(guān)于在恒壓充電方式下其充電量Qcv與在內(nèi)阻增加或減小時的內(nèi)阻或它們的增加或減小量的關(guān)系的數(shù)據(jù)包括預(yù)先測得的所述標準充電電池的所述關(guān)系數(shù)據(jù)、從所述測得的數(shù)據(jù)獲得的函數(shù)式，以及基于所述測得的數(shù)據(jù)通過計算機仿真獲得的函數(shù)式。
8.如權(quán)利要求7所述的檢測方法，其中所述預(yù)先獲得的、所述標準充電電池的數(shù)據(jù)包括所述標準充電電池的充電量Qcv與基于電阻的電阻值rs之間的關(guān)系數(shù)據(jù)，或者所述標準充電電池的所述充電量Qcv與內(nèi)阻值(R1+rs)之間的關(guān)系數(shù)據(jù)，通過如下的方法獲得所述關(guān)系數(shù)據(jù)將具有不同電阻值rs的多個電阻分別與作為所述標準充電電池的具有內(nèi)阻值R1的標準充電電池串聯(lián)以人為地將所述標準充電電池的內(nèi)阻值R1增加到電阻值(R1+rs)作為偽內(nèi)阻值，在每一種情況下，所述標準充電電池采用包括恒流充電方式和恒壓充電方式的恒流-恒壓充電方式進行充電，其中采用所述恒流充電方式以一個恒流值I0開始充電，在所述標準充電電池的電池電壓到達一個給定電壓值Vmax后，以一個恒壓Vmax執(zhí)行所述恒壓充電方式充電直到結(jié)束，測量與多個具有不同電阻值rs的電阻中的一個串聯(lián)的所述標準充電電池在恒壓充電方式下的一個充電量Qcv，以及獲得每一種情況下的所述標準充電電池的所述充電量Qcv與所述仿真內(nèi)阻值之間的關(guān)系。
9.如權(quán)利要求8所述的檢測方法，其中與所述標準充電電池連接的每一個電阻的電阻值rs基本與所述標準充電電池的內(nèi)阻R1的數(shù)量級相同，或者所述電阻值rs與所述內(nèi)阻R1相差一個位數(shù)。
10.如權(quán)利要求8所述的檢測方法，其中在將具有不同電阻值rs的多個電阻中的一個與所述標準充電電池串聯(lián)以人為地將所述標準充電電池的內(nèi)阻值R1增加到電阻值(R1+rs)的每一種情況下，測量電池電壓達到所述電壓值Vmax時所述標準充電電池的開路電壓VOC，測量此時所述標準充電電池在恒壓充電方式下的充電量Qcv，以及從恒流充電方式下的所述恒流值I0、所述測得的開路電壓VOC和所述測得的充電量Qcv并根據(jù)函數(shù)式R＝(Vmax-VOC)/I0，計算其內(nèi)阻值被人為增加到(R1+rs)的所述標準充電電池的內(nèi)阻值，以及獲得每一種情況下所述標準充電電池的所述測得的充電量Qcv與所述計算得到的內(nèi)阻值之間的關(guān)系。
11.如權(quán)利要求1所述的檢測方法，其中測量所述被檢充電電池在恒壓充電方式下所述累積充電量的時間點是下面三個時間點中的任意一個(1)恒壓充電方式下的充電電流充分地減小到一個指定電流值(Imin)時的時間點，(2)從在恒壓充電方式下的充電電流達到一個指定電流值(In)的時間以后經(jīng)過一個指定時間(tn)時的時間點，和(3)從恒流充電方式轉(zhuǎn)換為恒壓充電方式的時間后經(jīng)過一個指定時間(tf)時的時間點。
12.如權(quán)利要求1所述的檢測方法，其中，在所述步驟(b)中描述的所述預(yù)先獲得的、對于所述標準充電電池的充電量Qcv與在內(nèi)阻增加或減小時的內(nèi)阻或它們的增加或減小量的關(guān)系數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，將所述被檢充電電池在一個電池溫度T0下的所述內(nèi)阻預(yù)測為R之后，從所述標準充電電池的一個電存儲容量CN和由所述標準充電電池的在一個電池溫度T和一個放電電流I下的一內(nèi)阻R1決定的對所述標準充電電池的一個放電量的一個校正系數(shù)f-T，I(R1)，假設(shè)內(nèi)阻為R1的所述標準充電電池的一個總放電量Cd由Cd＝CN×f-T，I(R1)表示，電存儲容量未下降的所述被檢充電電池的一個總放電量Cd′由Cd′＝CN×f-T，I(R)表示，其中R是所述被檢充電電池的一個內(nèi)阻且R＝R1+rs，當對于一個將所述被檢充電電池用作一個電源的裝置，其平均消耗電流設(shè)為i，其平均功耗設(shè)為p，所述標準充電電池在放電電流值為i時的平均放電電壓設(shè)為Vm，所述被檢充電電池在放電電流值為i時的平均放電電壓設(shè)為Vm′，則所述裝置能夠運行的持續(xù)時間h依據(jù)一個公式h＝Cd′/i或h＝(Vm′×Cd′)/p計算得到，這里Vm′＝Vm-i×(R-R1)＝Vm-i×rs。
13.如權(quán)利要求12所述的檢測方法，其中，對于所述標準充電電池的所述放電量的、由所述標準充電電池在一個電池溫度T和一個放電電流I下的一個內(nèi)阻R1決定的所述較正系數(shù)f-T，I(R1)，從預(yù)先獲得的關(guān)于對放電量的校正系數(shù)的數(shù)據(jù)中和基于所述預(yù)先獲得的數(shù)據(jù)由計算機仿真獲得的函數(shù)式中選擇得到。
14.如權(quán)利要求13所述的檢測方法，其中所述標準充電電池的所述預(yù)先獲得的數(shù)據(jù)包括所述標準充電電池的內(nèi)阻值(R1+rs)與放電量Cd之間的關(guān)系數(shù)據(jù)，通過如下的方法獲得該關(guān)系數(shù)據(jù)將具有不同電阻值rs的多個電阻分別與作為所述標準充電電池的具有內(nèi)阻值R1的標準充電電池串聯(lián)以人為地將所述標準充電電池的內(nèi)阻值R1增加到電阻值(R1+rs)作為偽內(nèi)阻值，在每一種情況下，通過包括恒流充電方式和恒壓充電方式的恒流-恒壓充電方式對所述標準充電電池進行充電，其中采用所述恒流充電方式以一個恒流值I0開始充電，在所述標準充電電池的電池電壓到達一個給定電壓值Vmax后以一個恒壓Vmax執(zhí)行所述恒壓充電方式充電直到結(jié)束，并且在充電結(jié)束之后，所述標準充電電池在一個指定電池溫度T和一個指定放電電流值I下進行放電，直至電池電壓達到一個指定電壓值Vmin為止，其中測量放電量Cd，以及獲得每一種情況下所述標準充電電池的所述測得的放電量Cd與所述人為增加的內(nèi)阻值之間的關(guān)系。[在沒有電阻與所述標準充電電池連接的情況下，即所述標準充電電池的內(nèi)阻為R1和所述標準充電電池在一個電池溫度T0和一個放電電流I0下的放電量為CN的情況下，對所述標準充電電池的所述放電量的一個校正系數(shù)f-T，I(R1)(這里T＝T0和I＝I0)變?yōu)镃d/CN]。
15.如權(quán)利要求14所述的檢測方法，其中與所述標準充電電池連接的每一個電阻的電阻值rs基本與所述標準充電電池的內(nèi)阻R1的數(shù)量級相同，或者所述電阻值rs與所述內(nèi)阻R1相差一個位數(shù)。
16.如權(quán)利要求13所述的檢測方法，其中所述預(yù)先獲得的、所述標準充電電池的數(shù)據(jù)包括所述標準充電電池的內(nèi)阻值(R1+rs)與放電量Cd之間的關(guān)系數(shù)據(jù)，通過如下的方法獲得該關(guān)系數(shù)據(jù)分別將具有不同電阻值rs的多個電阻與作為所述標準充電電池的具有內(nèi)阻值R1的標準充電電池串聯(lián)以人為地將所述標準充電電池的所述內(nèi)阻值R1增加到電阻值(R1+rs)作為偽內(nèi)阻值，在每一種情況下，通過包括恒流充電方式和恒壓充電方式的恒流-恒壓充電方式對所述標準充電電池進行充電，其中采用所述恒流充電方式以一個恒流值I0開始充電，在所述標準充電電池的電池電壓到達一個給定電壓值Vmax后以一個恒壓Vmax采用所述恒壓充電方式充電直到結(jié)束，在充電結(jié)束之后，所述標準充電電池在一個指定電池溫度T和一個指定放電電流值I下進行放電，直至所述標準充電電池的電池電壓達到一個指定電壓值Vmin為止，在此測量所述標準充電電池的一個放電量Cd，測量在所述恒流-恒壓充電運行下當電池電壓達到所述電壓值Vmax時所述標準充電電池的開路電壓VOC，以及從恒流充電方式下的所述恒流值I0和所述測得的開路電壓VOC，并依據(jù)函數(shù)式R＝(Vmax-VOC)/IO，計算其內(nèi)阻值被人為增加到(R1+rs)的所述標準充電電池的內(nèi)阻值，以及獲得每一種情況下所述標準充電電池的所述測得的放電量Cd與所述計算得到的內(nèi)阻值R之間的關(guān)系。[在沒有電阻與所述標準充電電池連接的情況下，即所述標準充電電池的內(nèi)阻為R1和所述標準充電電池在一個電池溫度T0和一個放電電流I0下的一個放電量為CN的情況下對所述標準充電電池的所述放電量的一個校正系數(shù)f-T，I(R1)(這里T＝T0和I＝I0)變?yōu)镃d/CN]。
17.如權(quán)利要求16所述的檢測方法，其中與所述標準充電電池連接的每一電阻的電阻值rs基本與所述標準充電電池的內(nèi)阻R1的數(shù)量級相同，或者所述電阻值rs與所述內(nèi)阻R1相差一個位數(shù)。
18.如權(quán)利要求12所述的檢測方法，其中當內(nèi)阻被預(yù)測為R(＝R1+rs)的所述被檢充電電池具有的電存儲容量降低到所述標準充電電池的電存儲容量的D倍時，這是D是一個0＜D≤1的常數(shù)，假設(shè)所述被檢充電電池的一個總放電量Cd′根據(jù)所述標準充電電池的所述電存儲容量CN和對內(nèi)阻R被人為增加rs的所述標準充電電池在一個電池溫度T和一個放電電流I下獲得的一個放電量的校正系數(shù)f-T，I(R)由Cd′＝D×CN×f-T，I(R)表示，以及當對于所述裝置，將所述被檢充電電池用作一個電源時，其平均消耗電流設(shè)為i，其平均耗電量設(shè)為p，所述標準充電電池在放電電流值為i時的平均放電電壓設(shè)為Vm，所述被檢充電電池在放電電流值為i時的平均放電電壓設(shè)為Vm′，則所述裝置能夠運行的持續(xù)時間h依據(jù)公式h＝Cd′/i或h＝(Vm′×Cd′)/p計算得到。
19.如權(quán)利要求18所述的檢測方法，其中當假設(shè)所述被檢充電電池的所述電存儲容量降低到所述標準充電電池的電存儲容量的D倍時，這里D是一個0＜D≤1的常數(shù)，如對于所述被檢充電電池，從按恒流值I0的恒流充電方式轉(zhuǎn)換為按恒壓值Vmax的恒壓充電方式的轉(zhuǎn)換時間開始到充電電流達到一個指定電流值IM為止的一個持續(xù)時間設(shè)為tM′以及恒壓充電方式下的一個充電量設(shè)為Qcv′，對于標準充電電池，從按恒流值I0的恒流充電方式轉(zhuǎn)換為按恒壓值Vmax的恒壓充電方式的轉(zhuǎn)換時間開始到充電電流達到一個指定電流值IM為止的一個持續(xù)時間設(shè)為tM以及恒壓充電方式下的一個充電量設(shè)為Qcv，則依據(jù)函數(shù)式D＝(QCV′-I0×tM′)/(QCV-I0×tM)，所述被檢充電電池的所述電存儲容量被預(yù)測為所述標準充電電池的電存儲容量的D倍。
20.如權(quán)利要求19所述的檢測方法，其中所述指定電流值IM的范圍是0.4×I0≤IM≤0.6×I0。
21.如權(quán)利要求19所述的檢測方法，其中所述指定電流值IM是恒流充電方式下充電電流值I0的一半。
22.一種在通過包括恒流充電方式和恒壓充電方式的恒流-恒壓充電方式對被檢充電電池進行充電時檢測所述被檢充電電池內(nèi)阻的檢測設(shè)備，其中采用所述恒流充電方式以一個恒流值I0開始充電，在電池電壓到達一個給定電壓值Vmax后采用所述恒壓充電方式以一個恒壓Vmax進行充電直到結(jié)束，所述檢測設(shè)備至少具有一個用來測量所述被檢充電電池的電壓的裝置(i)、一個用來獲得所述被檢充電電池在恒壓充電方式下一個累積充電量的裝置(ii)、一個用來存儲預(yù)先獲得的、對應(yīng)于所述被檢充電電池的一個標準充電電池的關(guān)于在恒壓充電方式下其充電量與在內(nèi)阻增加或減小時的內(nèi)阻或它們的增加或減小量的關(guān)系的數(shù)據(jù)的裝置(iii)、和一個用來將由所述裝置(ii)獲得的恒壓充電方式下的所述被檢充電電池的所述充電量適用于由所述裝置(iii)得到的信息中的裝置(iv)，其中從來自所述裝置(iv)的信息中檢測所述被檢充電電池的內(nèi)阻。
23.如權(quán)利要求22所述的檢測設(shè)備，其中在所述被檢充電電池的電存儲容量降低到所述標準充電電池的電存儲容量的D倍時，這里D是一個0＜D≤1的常數(shù)，所述檢測設(shè)備具有一個附加裝置，用來在將在恒壓充電方式下所述被檢充電電池的所述充電量適用于來自所述裝置(iii)的信息之前通過將所述充電量乘以1/D來校正所述充電量。
24.如權(quán)利要求22所述的檢測設(shè)備，其中所述被檢充電電池是一個裝在一個充電電池組內(nèi)的充電電池。
25.如權(quán)利要求24所述的檢測設(shè)備，其中所述充電電池組具有一個充電電池和一個控制電路，在所述充電電池的一個充放電路徑中提供一個可執(zhí)行開-關(guān)控制的用于充電的開關(guān)元件、一個用于放電的開關(guān)元件和一個用來檢測充放電電流值的檢測元件中的一個或多個。
26.一個種安裝有一個如權(quán)利要求22所述的檢測設(shè)備的充電電池組。
27.一種在其中加有一個如權(quán)利要求22所述的檢測設(shè)備的設(shè)備。
28.如權(quán)利要求27所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備形成一個組，該組包括用來檢測一個充電電池是好是壞的檢測裝置、用來為一個充電電池充電的充電器、包括便攜式電話、個人數(shù)字助手和便攜式計算機的便攜式裝置以及包括摩托車、汽車、輪船、飛機和宇宙飛船的可運動物體。
29.一種用來檢測一個被檢充電電池的內(nèi)阻的程序，在所述程序中并入了如權(quán)利要求1所述的檢測方法。
30.一種用來檢測充電電池的內(nèi)阻的存儲媒介，在該存儲媒介中存儲了如權(quán)利要求29所述的程序。
全文摘要
一種在通過恒流－恒壓充電方式對被檢充電電池進行充電時檢測所述被檢充電電池內(nèi)阻的檢測方法，所述檢測方法包括至少步驟(a)和步驟(b)，在步驟(a)中獲得所述被檢充電電池在恒壓充電方式下的一個累積充電量，在步驟(b)中將在所述步驟(a)中獲得的恒壓充電方式下的所述被檢充電電池的所述充電量適用于在預(yù)先獲得的、對應(yīng)于所述被檢充電電池的一個標準充電電池的關(guān)于在恒壓充電方式下其充電量Q
文檔編號H01M10/42GK1549385SQ200310124969
公開日2004年11月24日 申請日期2003年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月11日
發(fā)明者出藏靖三郎, 川上總一郎, 一郎 申請人:佳能株式會社