專(zhuān)利名稱(chēng)：探測(cè)充電電池信息的探測(cè)方法和設(shè)備及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及探測(cè)待檢測(cè)充電電池(以下稱(chēng)之為特檢測(cè)充電電池″)內(nèi)部信息的探測(cè)方法和探測(cè)設(shè)備。本發(fā)明還涉及用了所述探測(cè)方法的設(shè)備，和包含所述探測(cè)設(shè)備的儀器，本發(fā)明還包括其中存儲(chǔ)所述探測(cè)方法的軟件的存儲(chǔ)媒體。
本發(fā)明中要探測(cè)的內(nèi)部信息包括是否存在短路、能存儲(chǔ)的電容量、剩余容量(＝現(xiàn)有的存儲(chǔ)電量＝能放電的容量)、可用容量(＝現(xiàn)有的殘余電量，即具有它儀器仍能操作的電量)、內(nèi)電阻等待檢測(cè)充電電池的性能。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著半導(dǎo)體器件的發(fā)展，體積小，重量輕，高性能的充電電池，和諸如便攜式個(gè)人計(jì)算機(jī)、攝象機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、蜂窩電話(huà)和包括掌上型電腦(PCS)的個(gè)人數(shù)字助理儀器的移動(dòng)式儀器得到迅速發(fā)展。
近年來(lái)，已預(yù)報(bào)因所謂的溫室效應(yīng)，使空氣中的CO2氣含量增多，造成全球變暖。例如，熱電廠(chǎng)里，通過(guò)燃燒礦物燃料生成的熱能轉(zhuǎn)換成電能，由于燃燒這種礦物燃料，大量CO2氣排放到空氣中。因此，為了消除這種狀態(tài)，企圖禁止新建熱電廠(chǎng)。在這些環(huán)境下，已提出了所謂的負(fù)荷調(diào)整策略，以便有效地利用熱電廠(chǎng)發(fā)的電，其中，用內(nèi)裝充電電池的負(fù)荷調(diào)節(jié)器，把夜間不用的多余電存儲(chǔ)在裝在普通房子里的充電電池內(nèi)，這些存儲(chǔ)的電用在用電要求增大時(shí)的白天，由此調(diào)節(jié)電耗。
近年來(lái)，已提出了不會(huì)排放任何污染物的裝有充電電池的電動(dòng)交通工具。此外，還提出了混合能源機(jī)動(dòng)車(chē)，車(chē)中用能再充電電流和內(nèi)燃機(jī)或燃料電池組合，提高了燃料效率而又抑制了污染物排放。預(yù)計(jì)會(huì)開(kāi)發(fā)出有高能量密度的高性能的充電電池將作為這些電動(dòng)交通工具和混合能源機(jī)動(dòng)車(chē)中用的充電電池。
移動(dòng)裝置、用于調(diào)整負(fù)荷的負(fù)荷調(diào)節(jié)器、電動(dòng)交通工具和混合能源機(jī)動(dòng)車(chē)中用的這種充電電池通常包括能可充電的鋰電池(鋰離子充電電池)。其中利用鋰的還原氧化反應(yīng)。
而且，在移動(dòng)裝置中、負(fù)荷調(diào)節(jié)中的負(fù)荷調(diào)節(jié)器、電動(dòng)交通工具和混合能源機(jī)動(dòng)車(chē)中用上述的充電電池，根據(jù)內(nèi)部裝有電池的設(shè)備側(cè)邊上的電池的內(nèi)部信息，適當(dāng)控制充電電池的輸出功率，可把工作時(shí)間延至最長(zhǎng)。或者，通過(guò)預(yù)先知道電池的壽命信息，預(yù)先知道更換電池所需時(shí)間，可以避免操作突然發(fā)生故障。
特別是，為了防止移動(dòng)裝置、負(fù)荷調(diào)節(jié)器、電動(dòng)交通工具或混合能源機(jī)動(dòng)車(chē)的操作突然停止，很重要的是準(zhǔn)確探測(cè)這些裝置中用的充電電池的內(nèi)部信息，這些內(nèi)部信息包括能存儲(chǔ)的電容量、剩余容量(＝現(xiàn)有的存儲(chǔ)電量＝能放電的容量)、可用容量(＝現(xiàn)有的殘余電量，即仍能操作儀器的電量)、和電池的內(nèi)阻為了探測(cè)充電電池的剩余容量，現(xiàn)有的方法中，測(cè)試電池電壓，根據(jù)測(cè)到的電池電壓預(yù)計(jì)可用的容量。
術(shù)語(yǔ)充電電池的“剩余容量″是指電池現(xiàn)有的能放電的存儲(chǔ)電量。術(shù)語(yǔ)“可用容量″的意思是充電電池的現(xiàn)有的有效電量，具有該充電電池的儀器或設(shè)備用上述的有效電量仍能操作?？捎萌萘堪谒龅氖Ｓ嗳萘恐小?br> 所述方法用于鋰離子充電電池中鋰離子充電電池的陽(yáng)極材料是與石墨不同的非石墨化碳材料，由于電池電壓按要放電的電量成比例的逐漸減小，因此，可通過(guò)測(cè)量電池電壓來(lái)估計(jì)充電電池的可用容量。但是，用該方法準(zhǔn)確探測(cè)充電電池的剩余容量有困難，因?yàn)?，即使剩余容量相同時(shí)，與流過(guò)的電流相關(guān)的電壓也是不同的。此外，充電電池的性能已損壞而接近壽命終點(diǎn)時(shí)，不能準(zhǔn)確探測(cè)剩余容量。
而且，鋰離子充電電池的陽(yáng)極材料包含石墨系列碳材料時(shí)，由于與要放電的電量相關(guān)的電池電壓平坦，所以根據(jù)所述方法，很難以電池電壓估計(jì)剩余容量。
另一用于探測(cè)充電電池的剩余容量的已知方法，其中，存儲(chǔ)積累的放電電量，以充電電量減去累積的放電電量，由此得出它的剩余容量。但是，該方法的缺點(diǎn)將在以下說(shuō)明。即，總是要存儲(chǔ)電流值和放電時(shí)間。此外，在不了解充電電池的放電深度和對(duì)該充電電池進(jìn)行附加充電的情況下，盡管能探測(cè)那時(shí)的充電電量，由于不知道附加充電前的充電電池的剩余容量，所以不能準(zhǔn)確探測(cè)經(jīng)過(guò)充電后的充電電池的剩余容量。這種情況下采用所述的方法，由于方法是以放電前累積的充電電量中減去總放電電量，來(lái)計(jì)算剩余容量，所以，在測(cè)量中同樣會(huì)出現(xiàn)大誤差。
因此，該方法很難適應(yīng)性能已損壞接近壽命終點(diǎn)的充電電池。它不能準(zhǔn)確探測(cè)剩余容量。
現(xiàn)在，在日本專(zhuān)利特開(kāi)平-4(1992)-2066(以下稱(chēng)作文獻(xiàn)1)公開(kāi)了一種方法，其特征是，鉛電池的容量與脈沖放電后的電池電壓的恢復(fù)特性一致。
日本專(zhuān)利特開(kāi)平-4(1992)-136774(以下叫做文獻(xiàn)2)公開(kāi)了一種用于充電電池的方法，當(dāng)電源接通(ON)時(shí)，按大電流瞬時(shí)放電，以探測(cè)電池電壓下降，探測(cè)到的降低的電池電壓與預(yù)計(jì)的電池電壓對(duì)比，當(dāng)它們的電壓差大時(shí)，判斷剩余容量不足。
日本專(zhuān)利特開(kāi)平-11(1999)-16607(以后稱(chēng)作文獻(xiàn)3)公開(kāi)了一種用于充電電池的方法，預(yù)定電流加上預(yù)定的時(shí)間周期時(shí)、測(cè)電池電壓，測(cè)到的電池電壓與預(yù)先建立的相應(yīng)表格中所列的電池電壓剩余容量對(duì)比，由此得出電池的剩余容量。
但是，對(duì)那些性能已損壞內(nèi)阻增大或能存儲(chǔ)的電容量減小的充電電池而言，文獻(xiàn)1至3所公開(kāi)的任何方法都很難準(zhǔn)確探測(cè)電池的剩余容量。
而且，日本專(zhuān)利特開(kāi)平-9(1997)-13472(以下稱(chēng)作文獻(xiàn)4)公開(kāi)了一種用于充電電池的方法，在有交流電流流動(dòng)的情況下用阻抗測(cè)試儀測(cè)恰好到放電終止電壓前的內(nèi)部阻抗，以確定充電電池的性能是否損壞。
但是，文獻(xiàn)4所公開(kāi)的方法不適用，其原因是，用于測(cè)阻抗的這種阻抗測(cè)試儀需要有交流電流發(fā)生電路，因此，相關(guān)的設(shè)備必然尺寸大，此外，充電電池工作時(shí)不能進(jìn)行測(cè)試。
而且，日本專(zhuān)利特開(kāi)平-11(1999)-271408(以下稱(chēng)作文獻(xiàn)5)公開(kāi)了一種方法，用遞減充電法的恒流、恒壓(CCCV)方式(這在以下稱(chēng)作“恒流、恒壓充電法″或“CCCV充電法″)充電，以探測(cè)充電電池中的損壞電池，(其中，按恒流值開(kāi)始充電，電池電壓達(dá)到給定電壓值時(shí)，再按恒壓充電，直到充電結(jié)束為止)，這種方法，從恒流充電的電量，恒流充電后立即轉(zhuǎn)移到恒壓充電的電流下降和恒壓充電時(shí)的電流降低速度，由此來(lái)估計(jì)電池的損壞程度。
但是，文獻(xiàn)5所公開(kāi)的方法仍然達(dá)不到這樣的階段，即，從恒流充電時(shí)的充電量和電流下降，或者恒壓充電時(shí)的電流變化速度，始終能穩(wěn)定地得到充電電池的關(guān)于剩余容量的內(nèi)部信息。而且，文獻(xiàn)5描述了電池?fù)p壞時(shí)的剩余容量，恒流充電時(shí)的充電量，恒壓充電時(shí)的電流下降速度，和恒壓充電的電流變化下降等參數(shù)的校正。但是，文獻(xiàn)5甚至沒(méi)有提出最需要校正的各種因素。用什么方法能可靠地探測(cè)剩余容量，具體地說(shuō)，如何探測(cè)剩余容量。而且，根據(jù)文獻(xiàn)5的描述，不可能確定電池短路時(shí)剩余容量是否減小，電池?fù)p壞時(shí)引起內(nèi)阻增大的剩余容量是否減小，因此，它不可能詳細(xì)描繪出電池的損壞狀態(tài)。電池是否短路的信息不僅對(duì)更安全使用電池很重要，而且對(duì)準(zhǔn)確描繪電池內(nèi)部信息也很重要。
而且，充電電池重復(fù)充電、放電操作時(shí)，會(huì)有因內(nèi)阻增大充電容量下降，使電極活性材料損壞，電極活性材料從集電器剝離或脫落的趨勢(shì)，或使電解液分解的趨勢(shì)。此外，在諸如振動(dòng)等情況下，由于電池內(nèi)阻增大，使連接到從電池伸出的輸出端的引線(xiàn)連接部分剝離。此外，由于化學(xué)反應(yīng)造成金屬淀積，在陽(yáng)極和陰極之間出現(xiàn)短路部分，結(jié)果，內(nèi)阻下降，而剩余容量也減小。
由于該充電電池的內(nèi)阻增大，剩余容量減小，或電池短路。在企圖用常規(guī)方法探測(cè)電池的內(nèi)部信息的情況下，很難避免出現(xiàn)大的精度誤差。
在這一方面，當(dāng)任何一種充電電池的剩余容量減小，它的內(nèi)阻增大和它的性能損壞時(shí)，提供能準(zhǔn)確探測(cè)電池的可用容量(即仍能操作儀器的目前剩余的電量)的探測(cè)方法和探測(cè)設(shè)備的需求增大了。此外，要求開(kāi)發(fā)用于任何充電電池準(zhǔn)確探測(cè)它們的壽命，即它們的性能損壞探測(cè)方法和探測(cè)設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供探測(cè)充電電池內(nèi)部信息的方法，以克服現(xiàn)有探測(cè)方法的能存儲(chǔ)電量的探測(cè)精度差的缺點(diǎn)。
本發(fā)明的另一目的是，提供探測(cè)方法和探測(cè)設(shè)備，當(dāng)充電電池性能損壞時(shí)，能高精度探測(cè)任何充電電池的內(nèi)部信息。
本發(fā)明的又一目的是，提供一種其中用所述探測(cè)方法或探測(cè)設(shè)備的儀器。
本發(fā)明的又一目的是，提供其中存儲(chǔ)有所述探測(cè)方法的軟件程序的存儲(chǔ)媒體。
本發(fā)明的探測(cè)方法的典型實(shí)施例是用恒流-恒壓充電法充電待檢測(cè)充電電池時(shí)，探測(cè)要待檢測(cè)充電電池的內(nèi)部信息的探測(cè)方法。(該充電電池以后叫做待檢測(cè)充電電池)，其中，在恒流值I0開(kāi)始充電，電池電壓達(dá)到給定的電壓值Vmax后，按恒壓Vmax充電，直至電池充電終止，所述探測(cè)方法的特征是，至少包括測(cè)試步驟(A)，測(cè)按恒流值Io的恒流充電模式轉(zhuǎn)移到按恒壓Vmax的恒壓充電模式時(shí)經(jīng)過(guò)的時(shí)間(t)，和測(cè)試恒壓充電模式中的充電電流值I；步驟(B)，測(cè)從轉(zhuǎn)移到恒壓充電直到恒壓充電模式中的所述充電電流I值到給定電流值IM為止所經(jīng)過(guò)的時(shí)間周期；和步驟(C)，獲得按恒壓充電模式的待檢測(cè)充電電池的充電量。
探測(cè)方法可包括步驟(D)，用恒流-恒壓法充電所述的常規(guī)的充電電池時(shí)，所述的相應(yīng)的常規(guī)的充電電池的充電電流特性作為按恒壓充電模式的待檢測(cè)充電電池的參考標(biāo)準(zhǔn)。
用本發(fā)明探測(cè)方法得到的待檢測(cè)充電電池的內(nèi)部信息包括上述內(nèi)容。按本發(fā)明的探測(cè)方法，甚至當(dāng)待檢測(cè)充電電池是開(kāi)始充電前不知道它的放電深度的充電電池，更具體地說(shuō)，甚至對(duì)其中仍保留一定電量的待檢測(cè)充電電池進(jìn)行附加充電時(shí)，能得到以剩余容量為代表的它的內(nèi)部信息。
本發(fā)明探測(cè)設(shè)備的典型實(shí)施例是所述的待檢測(cè)充電電池按恒流值I0開(kāi)始充電，當(dāng)電池電壓達(dá)到給定的電壓Vmax后，按恒壓Vmax充電，直到電池充電結(jié)束的恒壓-恒流充電方式時(shí)，用于推測(cè)待檢測(cè)充電電池的內(nèi)部信息的探測(cè)設(shè)備。所述探測(cè)設(shè)備有至少一個(gè)推測(cè)裝置，用恒流-恒壓充電方法待檢測(cè)充電電池時(shí)，該測(cè)試裝置用于測(cè)試充電電流值I0；時(shí)間(t)測(cè)試裝置，用于測(cè)試按恒流值I0的恒流充電模式轉(zhuǎn)移到按恒壓值Vmax的恒壓充電模式所需的時(shí)間周期(t)；和時(shí)間(tM′)的測(cè)試裝置，用于測(cè)試按所述恒壓充電模式的充電電流值I變成給定電流值IM所用的時(shí)間(tM′)；充電量測(cè)試裝置，用于測(cè)試所述恒壓充電模式中的充電量Qvc′；存儲(chǔ)裝置，當(dāng)所述常規(guī)充電電池用恒流-恒壓充電方法充電時(shí)，存儲(chǔ)相應(yīng)的常規(guī)的充電電池的能存儲(chǔ)的電容量或額定容量CN和所述常規(guī)充電電池的內(nèi)部信息，所述內(nèi)部信息包括恒壓充電模式中的充電電流值I變成給定電流值IM所用的時(shí)間(tM)，和恒壓充電模式中的充電量Qvc；和運(yùn)算裝置，它用存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)裝置中的常規(guī)充電電池的所述CN，tM和Qvc和從待檢測(cè)充電電池探測(cè)到的所述tM′和Qvc′計(jì)算待檢測(cè)充電電池的能存儲(chǔ)的電容量(CN′)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的用于探測(cè)充電電池的內(nèi)部信息的探測(cè)方法的實(shí)施例的流程圖；圖2是用于解釋本發(fā)明探測(cè)方法中用的公式的常規(guī)的充電電池、其內(nèi)阻增大的充電電池、和內(nèi)阻增大和能存儲(chǔ)的電容量減小的充電電池中的每一個(gè)用恒流、恒流電壓法充電時(shí)，充電電流瞬變(即充電電流形狀)與充電時(shí)間的典型關(guān)系曲線(xiàn)圖；圖3(1)是電阻器并聯(lián)連接到不短路的常規(guī)充電電池，使充電電池變成短路的充電電池模式和充電器連接到充電電池的示意性電路圖；圖3(2)是圖3(1)所示的充電電池用恒流-恒壓充電法充電和其中的電阻器的電阻值變化時(shí)的充電電壓(等于電池電壓)和充電電流隨充電時(shí)間變化的典型曲線(xiàn)圖的一個(gè)實(shí)例；圖4(1)是電阻器串聯(lián)連接到常規(guī)不短路的充電電池，使充電電池進(jìn)入內(nèi)阻增大的充電電池模式，充電器連接到充電電池的電路圖；圖4(2)是圖4(1)所示的充電電池用恒流-恒壓充電法和其中的電阻器的電阻值變化時(shí)，充電電池的充電電流與充電時(shí)間的典型曲線(xiàn)圖的一個(gè)實(shí)例；圖4(3)是圖4(1)所示的充電電池用恒流-恒壓充電法和其中的電阻器的電阻值變化時(shí)，充電電池的充電電壓與充電時(shí)間的典型曲線(xiàn)圖的一個(gè)實(shí)例；圖5(1)是用恒流-恒壓充電法充電時(shí)的常規(guī)充電電池的曲線(xiàn)圖，充電電流隨充電時(shí)間變化的測(cè)試值與用函數(shù)式從所述測(cè)試值曲線(xiàn)得到的充電電流曲線(xiàn)非常一致；圖5(2)是一個(gè)曲線(xiàn)圖，(a)是有與其串聯(lián)連接的電阻器的常規(guī)充電電池(見(jiàn)圖4(1))和(b)是沒(méi)有與其連接的電阻器的另一個(gè)充電電池，用恒流-恒壓充電法給兩個(gè)充電電池中的每個(gè)電池充電時(shí)，其中(a)充電電池中的電阻器的電阻值變化，其中，曲線(xiàn)是從充電電流的函數(shù)式得出的充電電池(a)和(b)的兩個(gè)充電電流曲線(xiàn)的交叉處的電流值隨電阻值變化的曲線(xiàn)；圖6(1)是常規(guī)充電電池(a)和(b)循環(huán)損壞的充電電池用恒流-恒壓充電時(shí)的充電電流變化(或形狀)與充電時(shí)間變化的典型的曲線(xiàn)圖；圖6(2)是圖6(1)中所示的已充電的充電電池(a)和(b)按恒流放電時(shí)的典型的電池電壓變化與放出的電量變化的關(guān)系曲線(xiàn)圖；圖6(3)是當(dāng)圖6(1)所示情況下，循環(huán)損壞的充電電池(b)的能存儲(chǔ)的電容量的減小電量，要用與其大致相同的正常的充電電池(a)的能存儲(chǔ)的電容量補(bǔ)償時(shí)，電池(b)的典型充電電流隨充電時(shí)間變化的曲線(xiàn)圖；圖7是按本發(fā)明的用于探測(cè)充電電池的內(nèi)部信息的探測(cè)設(shè)備的主要構(gòu)成部分的電路圖的示例的示意圖；圖8是有圖7所示電路的探測(cè)設(shè)備和裝入電池外殼中的充電電池(模塊)的組合實(shí)施例的一個(gè)示例的示意圖；圖9是用恒流-恒壓充電法給充電電池充電后，重復(fù)充電電池的放電和暫停放電的循環(huán)操作時(shí)的充電電池的電池電壓隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)圖；圖10是從圖9得到的結(jié)果曲線(xiàn)圖，是放電時(shí)的電池電壓與放電電壓和放電操作暫停時(shí)的開(kāi)路電壓數(shù)據(jù)得出的積分的放電量之間的典型關(guān)系曲線(xiàn)圖；圖11是從圖10得到的結(jié)果曲線(xiàn)圖，是用恒流-恒壓充電法充電時(shí)(見(jiàn)圖9)開(kāi)路電壓與現(xiàn)有的存儲(chǔ)電量(Q)和電池電壓變化的關(guān)系曲線(xiàn)圖；圖12(1)是(a)常規(guī)的充電電池和(b)短路的充電電池用恒流-恒壓充電法充電時(shí)的充電電流隨充電時(shí)間變化的關(guān)系曲線(xiàn)的典型例；圖12(2)是常規(guī)的充電電池(a)和短路的充電電池(b)用恒流-恒壓充電法充電時(shí)電池電壓隨充電時(shí)間變化的關(guān)系曲線(xiàn)的典型例；圖12(3)是(a)常規(guī)的充電電池和(b)短路的充電電池用恒流-恒壓充電法充電和保持不進(jìn)行充電和放電的暫停狀態(tài)時(shí)，開(kāi)路電壓隨暫停狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間變化的關(guān)系曲線(xiàn)。
具體實(shí)施例方式
為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷達(dá)到本發(fā)明的目的，發(fā)明人進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果描述如下。
即，用恒流-恒壓法向待檢測(cè)充電電池充電的情況下，其中，按恒流值開(kāi)始充電，當(dāng)電池電壓達(dá)到給定電壓后，按恒壓進(jìn)行充電直到充電終止為止。當(dāng)所述待檢測(cè)充電電池是其內(nèi)阻已增大的充電電池時(shí)，無(wú)論內(nèi)阻的增大值是多少，它的充電電流曲線(xiàn)在恒壓充電區(qū)與按一定的充電電流值IM用恒流-恒壓法充電時(shí)的相應(yīng)的常規(guī)的充電電池的充電電流曲線(xiàn)交叉。因此，在待檢測(cè)充電電池不短路的情況下，測(cè)試按恒壓充電模式中的充電電流達(dá)到一定的充電電流值IM時(shí)所需時(shí)間，由此能得到待檢測(cè)充電電池有關(guān)電池的能存儲(chǔ)的電容量的內(nèi)部信息，可根據(jù)恒壓充電模式中待檢測(cè)充電電池和常規(guī)的充電電池的充電電流的收斂值，判斷待檢測(cè)充電電池中是否存在短路。而且，通過(guò)確定能存儲(chǔ)的電容量，能得到待檢測(cè)充電電池的關(guān)于其內(nèi)阻的內(nèi)部信息。
而且，除非有其它規(guī)定，本說(shuō)明書(shū)中的術(shù)語(yǔ)“恒壓充電模式″是指充電電池按恒壓充電的狀態(tài)，或者是充電電池從無(wú)控制的計(jì)算機(jī)程序一側(cè)按恒壓充電的情況。但是，從充電電池一側(cè)看，“恒壓充電模式″與“充電電池按恒壓充電的狀態(tài)″相同，或者與“充電電池按恒壓充電的情況″相同。另一方面，術(shù)語(yǔ)“恒流充電模式″是指“充電電池按恒流值充電的狀態(tài)或情況″。
根據(jù)以上發(fā)現(xiàn)完成了本發(fā)明。
因此，如上所述，本發(fā)明提供用恒流-恒壓法充電所述的待檢測(cè)充電電池時(shí)，探測(cè)待檢測(cè)充電電池的內(nèi)部信息的探測(cè)方法。所述探測(cè)方法的特征是，包括至少一個(gè)步驟(A)，探測(cè)從恒流充電模式轉(zhuǎn)移到恒壓充電模式所需的時(shí)間，并探測(cè)恒壓充電模式中的充電電流I值；步驟(B)測(cè)得從所述的轉(zhuǎn)移到按恒壓充電模式進(jìn)行恒壓充電的時(shí)間到恒壓充電模式中所述充電電流值I達(dá)到給定的充電電流值IM所需的時(shí)間周期；和步驟(C)，獲得按恒壓充電模式中的待檢測(cè)充電電池的充電量。探測(cè)方法還包括步驟(D)，用恒流-恒壓充電法充電所述的常規(guī)的充電電池時(shí)，所述的相應(yīng)的常規(guī)充電電池的充電電流特性作為待檢測(cè)充電電池的參考標(biāo)準(zhǔn)。
用本發(fā)明探測(cè)方法獲得的待檢測(cè)充電電池的內(nèi)部信息包括下述的多項(xiàng)內(nèi)容待檢測(cè)充電電池是否短路，能存儲(chǔ)的電容量(即能存儲(chǔ)的電量)，內(nèi)阻，剩余容量＝現(xiàn)有的存儲(chǔ)電量＝能放出的容量，和可用的容量＝現(xiàn)有的仍能操作儀器的剩余電量及這些項(xiàng)目的組合。
按本發(fā)明的探測(cè)方法，甚至當(dāng)待檢測(cè)充電電池是開(kāi)始充電前不知道它的放電深度的充電電池時(shí)，更具體地說(shuō)，對(duì)仍然保留有一定電量的待檢測(cè)充電電池進(jìn)行附加充電時(shí)，仍能獲得充電電池的以能存儲(chǔ)的電容量為代表的內(nèi)部信息。
在本發(fā)明的探測(cè)方法中，在恒壓充電模式中的充電時(shí)間變成無(wú)窮大的情況下，當(dāng)充電電流值為正時(shí)，判定待檢測(cè)充電電池要短路。當(dāng)充電電流變成0時(shí)，判定待檢測(cè)充電電池不會(huì)短路。
但是，會(huì)出現(xiàn)短路量很大的情況，在恒流-恒壓充電方法中，出現(xiàn)恒流充電模式不轉(zhuǎn)移到恒壓充電模式。在那種情況下，不能采用上述的關(guān)于短路的判斷方法。
本發(fā)明的探測(cè)方法最好包括步驟(D)，用恒流-恒壓充電法充電所述的常規(guī)的充電電池時(shí)，所述的相應(yīng)的常規(guī)的充電電池的充電電流特性用作恒壓充電模式中的待檢測(cè)充電電池的參考標(biāo)準(zhǔn)。
上述步驟D中按恒壓充電模式的常規(guī)的充電電池的充電電流特性包括常規(guī)的充電電池的預(yù)先測(cè)得的數(shù)據(jù)，從所述的預(yù)先測(cè)得的數(shù)據(jù)得到的相關(guān)表達(dá)式，從計(jì)算機(jī)模擬得到的常規(guī)的充電電池的數(shù)據(jù)，和從所述數(shù)據(jù)得到的函數(shù)式。
以下將描述本發(fā)明人經(jīng)過(guò)以上所述的發(fā)現(xiàn)進(jìn)行的一系列實(shí)驗(yàn)。
首先，對(duì)已短路的待檢測(cè)充電電池而言，用其中有并聯(lián)連接到充電電池的電阻器的短路的充電電池模式，和充電電池用恒流-恒壓充電法充電，進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)，觀(guān)察恒壓充電模式中的充電電流的變化，以探測(cè)充電電池的充電特性。
圖3(1)是一個(gè)電路圖，其中電阻器rp并聯(lián)連接到不短路的有內(nèi)阻R的常規(guī)的充電電池，充電器并聯(lián)連接到所述的充電電池。圖中虛線(xiàn)所包圍的部分是充電電池。該情況下，電阻器rp對(duì)應(yīng)充電電池的短路部分，因此，充電電池能叫做假短路的充電電池?，F(xiàn)在，當(dāng)充電電流Ic＝Ib+Ir從充電器流過(guò)時(shí)電流Ib已流到電池，電流Ir已流到作為電池的短路部分的電阻器rp。這里，能認(rèn)為有并聯(lián)連接的電阻器的假短路的充電電池的內(nèi)阻R′減小到電阻R和rp的并聯(lián)組合值，即R′＝R×rp(R+rp)。
圖3(2)是圖3(1)所示情況下的曲線(xiàn)圖，市售的額定容量1300mAh，直徑17mm，高度67mm的鋰離子充電電池用作此處的充電電池，用恒流-恒壓充電法對(duì)鋰離子充電電池充電，所述的典型曲線(xiàn)圖是，電阻器rp不連接到鋰離子充電電池的情況下，22歐的電阻器rp連接到充電電池的情況下，和10歐的電阻器rp連接到充電電池的情況下，充電電池按1A的恒流和4.2V的恒壓充電時(shí)，電池電壓(V)和充電電流(A)隨充電時(shí)間變化的曲線(xiàn)圖。
圖3(2)中，橫坐標(biāo)指示充電時(shí)間，左邊的縱坐標(biāo)指示充電電流值(A)，右邊的縱坐標(biāo)指示電池電壓(V)。
從圖3(2)所示的充電電流曲線(xiàn)能得到以下內(nèi)容。電阻器不連接到充電電池的情況下，即，充電電池不短路的情況下，當(dāng)充電時(shí)間變成無(wú)窮大時(shí)，充電電流變成0。當(dāng)電阻器連接到充電電池的情況下，即，充電電池短路的情況下，當(dāng)充電時(shí)間變成無(wú)窮大時(shí)，充電電流不是0而變成正值。
更具體地說(shuō)，圖3(1)中，在恒壓充電模式中進(jìn)行充電后，已充電的電池的開(kāi)路電壓達(dá)到充電電壓Vmax，沒(méi)有充電電流流入充電電池，即，Ib＝0。另一方面，給出的電流Ir＝Vmax/rp仍然連續(xù)流入電阻器rp，即，變成Ic＝Ib+Ir＝Vmax/rp。因此，認(rèn)為甚至在充電電池的開(kāi)路電壓達(dá)到充電電壓Vmax后，由充電器輸出的充電電流Ic不轉(zhuǎn)換成0，但它變成給定電流值。
另外，本發(fā)明人用電阻器rs串聯(lián)連接到常規(guī)的充電電池的模式電路，使充電電池的內(nèi)阻有意的增大，用恒流-恒壓充電法充電充電電池，觀(guān)察恒壓充電模式中的充電電流的變化，進(jìn)行了多種實(shí)驗(yàn)，以探測(cè)其能存儲(chǔ)的電容量不小而它的內(nèi)阻很大的充電電池的充電特性。
圖4(1)是電路圖，其中，電阻器rs串聯(lián)連接到有內(nèi)阻R的常規(guī)的不短路的充電電池，充電器連接到所述的充電電池。圖中虛線(xiàn)包圍的部分是充電電池。該情況下，電阻器rs的電阻值相當(dāng)于充電電池的內(nèi)阻增大值。
圖4(2)是圖4(1)所示情況的曲線(xiàn)圖，市售的額定容量1300mAh，直徑17mm，高度67mm的鋰離子充電電池用作此處的充電電池，用恒流-恒壓充電法充電鋰離子充電電池，所述的典型曲線(xiàn)圖是，電阻器rs不連接到鋰離子充電電池的情況下，55歐的電阻器Rs連接到充電電池，89歐的電阻器Rs連接到充電電池的情況下，110歐的電阻器Rs連接到充電電池的情況下，和150歐的電阻器Rs連接到充電電池的情況下，按恒流1A和恒壓4.2V充電充電電池時(shí)充電電流(A)隨充電時(shí)間變化的典型電流變化曲線(xiàn)圖。
圖4(3)是曲線(xiàn)圖，是在上述5種情況下，按恒流1A和恒壓4.2V充電充電電池時(shí)，充電電壓(V)隨充電時(shí)間的典型的充電電壓(V)的變化曲線(xiàn)圖。
從圖4(2)所示充電電流曲線(xiàn)圖能得出下述內(nèi)容。這些充電電流曲線(xiàn)在一定的電流值(該電流值在以下有時(shí)稱(chēng)作“充電電流曲線(xiàn)交叉電流值″)大致交叉，而與連接到充電電池的電阻器的電阻值無(wú)關(guān)。更具體地說(shuō)，圖4(2)指出，內(nèi)阻已增大的充電電池的充電電流曲線(xiàn)與沒(méi)有電阻器rs的常規(guī)的充電電池的充電電流曲線(xiàn)，按一定的電流值交叉。
這里的充電電流曲線(xiàn)交叉電流值是0.5A，它相當(dāng)于恒流充電模式中的電流值的一半。但是，考慮到測(cè)試誤差，它可能是恒流充電模式中的電流值的0.4至0.6倍。
此外，隨著串聯(lián)連接的電阻器的電阻值增大，恒壓充電模式中充電電流值隨充電時(shí)間的變化速率(即減小速率)增大。而且，通過(guò)串聯(lián)連接電阻器故意使充電電池的內(nèi)阻增大，當(dāng)充電時(shí)間變成無(wú)窮大時(shí)，充電電流變成0，充電電量與不連接電阻器的常規(guī)的充電電池的充電量大致相同。
即，常規(guī)的充電電池和只有內(nèi)阻增大的充電電池中的每個(gè)電池充電，直到充電電流值變成0為止。兩者的充電量大致相同。
另外，從圖4(3)看到，當(dāng)串聯(lián)連接的電阻值增大時(shí)，直到達(dá)到給定的電壓的時(shí)間，即按恒流的充電時(shí)間縮短，充電開(kāi)始后的初期，恒流充電模式轉(zhuǎn)移到恒壓充電模式。
而且，為了根據(jù)圖4(2)中充電的數(shù)據(jù)得到充電電流曲線(xiàn)的具體交叉位置和充電電流曲線(xiàn)的函數(shù)式，根據(jù)函數(shù)式進(jìn)行計(jì)算，以算出與串聯(lián)連接的電阻器的電阻值無(wú)關(guān)的充電電流曲線(xiàn)的交叉部分是否在大致相同的點(diǎn)。即，在任何情況下達(dá)到一定的充電電流值的充電時(shí)間是否相同，和在什么樣的電流值充電電流曲線(xiàn)交叉。
特別是，由于很難同時(shí)得到充電電流曲線(xiàn)隨充電時(shí)間變化的函數(shù)式，因此會(huì)出現(xiàn)以下結(jié)果。即，從充電量Q與充電時(shí)間t的關(guān)系Q(t)的各個(gè)曲線(xiàn)圖和測(cè)試值得到符合的函數(shù)式。之后對(duì)充電量隨充電時(shí)間變化的函數(shù)進(jìn)行時(shí)間微分，得出時(shí)間微分結(jié)果與測(cè)試電流值之間的差。隨后，差值曲線(xiàn)轉(zhuǎn)換成函數(shù)式。最終，得到有串聯(lián)電阻器的充電電池的充電電流隨充電時(shí)間變化的曲線(xiàn)的函數(shù)式。
具體地說(shuō)，按上述的一步一步的方式得到有串聯(lián)連接的電阻器的充電電池的充電量隨充電時(shí)間變化的曲線(xiàn)的函數(shù)式。
首先，假定按恒流-恒壓充電法中恒壓充電模式時(shí)的充電量與充電時(shí)間的關(guān)系q1用下式(4)表示，Q(t)＝C1×{1-exp{-C2×(t-C0)}}+C3……(4)(式中C1×C2＝1)之后，可變電阻器分別串聯(lián)連接到常規(guī)的充電電池，和用恒流-恒壓充電法充電充電電池，獲得每個(gè)電阻器的充電量隨充電時(shí)間變化的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并得到總的數(shù)據(jù)的曲線(xiàn)?？偟那€(xiàn)經(jīng)曲線(xiàn)配合，得到關(guān)系式(4)中C0，C1，C2和C3和串聯(lián)連接的阻值之間的關(guān)系。這里，關(guān)系式(4)中的exp{}是以e為底的自然對(duì)數(shù)的因子。
隨后，由于電流值可用電量Q的時(shí)間微分dQ/dt表示，對(duì)關(guān)系式(4)的相反兩邊進(jìn)行時(shí)間微分，得出以下關(guān)系式(5)。
IA(t)＝exp{-C2×(t-C0)}……(5)之后，充電電流值隨充電時(shí)間變化的測(cè)試值與關(guān)系式(5)對(duì)比，得到差ΔI(t)的曲線(xiàn)。假定從曲線(xiàn)圖形，差ΔI(t)可用以下的關(guān)系式(6)表示，
ΔI(t)＝C5×{(t-C0)/C4}C6×exp[1-{(t-C0)/C4}C6]…… (6)得到關(guān)系式(6)中的C4、C5和C6與串聯(lián)連接的電阻值之間的關(guān)系。
從C0，C1，C2，C5，C4，C5和C6與串聯(lián)連接的電值之間的總關(guān)系，把充電電流隨充電時(shí)間變化的關(guān)系變成下式(7)。I(t)＝IA(t)+ΔI(t)＝exp{-C2×(t-C0)}+C5×{(t-C0)/C4}C6×exp[1-{(t-C0)/C4}C6]…… (7)實(shí)際上，各個(gè)電阻器分別串聯(lián)連接到市售的額定容量1300mAh，直徑17mm，高度67mm的鋰離子充電電池，以增大充電電池的內(nèi)阻，任何情況下，用恒流-恒壓法充電充電電池，測(cè)充電特性，以得到隨內(nèi)阻值和充電時(shí)間變化的充電電流曲線(xiàn)，總充電電流曲線(xiàn)用根據(jù)上述流程的數(shù)學(xué)函數(shù)表示。結(jié)果，關(guān)系式(7)中的C0，C2，C4，C5和C6和電阻值rs的關(guān)系可用以下關(guān)系式表示。
C0＝2715.17×exp(-0.0110319×rs)C2＝0.000525602×exp(-0.0046066×rs)C4＝20.8542×rsC5＝0.163965C6＝0.234332×{exp(0.00937306×rs)-1}+1圖5(1)中，用圓圈表示有與其串聯(lián)連接的電阻器的充電電池的充電電流值與充電時(shí)間的關(guān)系(曲線(xiàn))的測(cè)試數(shù)據(jù)，用實(shí)線(xiàn)表示用上述公式算出的數(shù)據(jù)。從圖5(1)看出，從即將開(kāi)始恒流充電模式轉(zhuǎn)移到恒壓充電模式的階段，能得到與測(cè)試數(shù)據(jù)極其一致的充電電流的公式。圖5(1)中，充電電流曲線(xiàn)(實(shí)線(xiàn))中沒(méi)有準(zhǔn)確反映恒流充電模式中恒流值的線(xiàn)性線(xiàn)部分，即，充電電流恒定時(shí)必須調(diào)整時(shí)間(即恒流充電模式的時(shí)間)。
因此，以下將描述恒流充電模式的時(shí)間調(diào)整。
用恒流-恒壓充電模式給(i)常規(guī)的充電電池和<ii>串聯(lián)連接有電阻器的常規(guī)的充電電池充電的情況下，充電電池(i)和(ii)的總充電量應(yīng)大致相同。
就常規(guī)的充電電池<i>和包括有與其串聯(lián)連接的電阻器的常規(guī)的充電電池的待檢測(cè)充電電池(ii)而言，為了對(duì)連接有電阻值rs的充電電池(ii)的函數(shù)式(7)補(bǔ)償充電電池(i)的充電量，相對(duì)于時(shí)間軸的漂移量，即時(shí)間漂移應(yīng)到充電電流值變成0為止。即，充電電池(i)與(ii)的函數(shù)式(7)的關(guān)于時(shí)間積分積值要變成一致。即，計(jì)算出充電電池(i)與(ii)的恒壓充電模式的起始時(shí)間差。之后，得出根據(jù)有與其連接的電阻值rs的充電電池(ii)的函數(shù)式(7)的函數(shù)式(7′)(有漂移時(shí)間補(bǔ)償?shù)?，而且，充電電池(i)的函數(shù)式(7)的電流值與充電電池(ii)的函數(shù)式(7′)的電流值變成一致。
圖5(2)是充電電池(i)關(guān)于電阻值(rs＝0)與充電電流關(guān)系曲線(xiàn)和充電電池關(guān)于變化的電阻值(rs)與充電電流的關(guān)系曲線(xiàn)之間交叉處的電流值曲線(xiàn)圖。
這里，還從恒壓充電模式的充電電流值的數(shù)學(xué)表達(dá)式證實(shí)，與電阻器的電阻值無(wú)關(guān)，充電電流曲線(xiàn)在0.5A的電流值處交叉，該交叉電流值相當(dāng)于恒流充電模式中的電流值(1A)的一半。
現(xiàn)在，電池容量不減小的充電電池的情況下，充電電池用恒流-恒壓充電法充電直到充電電流值變成大致為0時(shí)，盡管內(nèi)阻增大，存儲(chǔ)的電量始終保持一致。
因此，待檢測(cè)充電電池的能存儲(chǔ)的電容量只是相應(yīng)的常規(guī)的充電電池的能存儲(chǔ)的電容量的D倍(D是0≤D≤1的常數(shù))的情況下，本發(fā)明人通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，用恒流-恒壓充電法充電時(shí)，待檢測(cè)充電電池與充電時(shí)間相關(guān)的充電電流值的充電電流曲線(xiàn)中，與常規(guī)的充電電池的充電電流曲線(xiàn)中在充電時(shí)間軸方向中的D倍充電時(shí)間處的充電電流曲線(xiàn)大致相同。
根據(jù)該發(fā)現(xiàn)，還發(fā)現(xiàn)，由于待檢測(cè)充電電池的內(nèi)阻增大，它的能存儲(chǔ)的電容量比對(duì)應(yīng)的常規(guī)的充電電池的能存儲(chǔ)的電容量減小D倍，用恒流恒壓充電法充電時(shí)畫(huà)出的待檢測(cè)充電電池的充電電流值與充電時(shí)間的充電電流曲線(xiàn)，與按恒壓充電模式充電的常規(guī)的充電電池的充電電流曲線(xiàn)在一定充電電流值交叉處，按充電時(shí)間軸方向放大1/D倍，在從1/D倍的充電電流曲線(xiàn)獲得的交叉處的待檢測(cè)充電電池的存儲(chǔ)電量與常規(guī)的充電電池的存儲(chǔ)電量相同。從這些關(guān)系中得出待檢測(cè)充電電池的能存儲(chǔ)的電量的降低率D。
用于探測(cè)本發(fā)明的待檢測(cè)充電電池的內(nèi)部信息的探測(cè)方法的第1特征有以下幾點(diǎn)即，就不短路的待檢測(cè)充電電池而言，用恒流-恒壓充電法充電待檢測(cè)充電電池時(shí)，假定待檢測(cè)充電電池的能存儲(chǔ)的電容量減小到相應(yīng)的常規(guī)的充電電池的能存儲(chǔ)的電容量的D倍，D是0≤D≤1的常數(shù)；D＝1時(shí)判定能存儲(chǔ)的電容量沒(méi)減?。划?dāng)待檢測(cè)充電電池經(jīng)過(guò)一個(gè)時(shí)間周期到它的充電電流值達(dá)到給定的電流值IM時(shí)，由于從恒流I0充電模式轉(zhuǎn)換到恒壓Vmax充電模式的時(shí)間為tM′，而且，按恒壓Vmax充電模式的總充電量為Qcv′；就常規(guī)的充電電池而言，上述的從恒流I0模式轉(zhuǎn)換到恒壓充電模式用的時(shí)間為tM，得到的所述總充電量是Qcv；從以下的關(guān)系式(1)判定，待檢測(cè)充電電池的能存儲(chǔ)的電容量是常規(guī)的充電電池的能存儲(chǔ)的電容量的D倍。
D＝(Qcv′-I0×tM′)/(Qcv-I0×tM)…… (1)因此，常規(guī)的充電電池的能存儲(chǔ)的電容量是C，可以算出待檢測(cè)充電電池的能存儲(chǔ)的電容量是C′＝C×D。
恒流充電模式時(shí)的充電電流值是I0，要求所述的給定電流值IM范圍應(yīng)該為0.4×I0≤IM≤0.6×I0，在IM＝0.5×I0的范圍內(nèi)更好。
本發(fā)明的探測(cè)方法的第2特征有以下幾點(diǎn)。
即，就其能存儲(chǔ)的電容量是相應(yīng)的常規(guī)的充電電池的能存儲(chǔ)的電容量的D倍的待檢測(cè)充電電池而言，充電模式從恒流I0轉(zhuǎn)換成恒壓Vmax充電模式時(shí)的存儲(chǔ)電量是Q0′，經(jīng)過(guò)一個(gè)時(shí)間周期直到充電電流達(dá)到給定的電流值IM，而且轉(zhuǎn)換到恒壓充電模式用的時(shí)間是tM′，就常規(guī)的充電電池而言，所述的存儲(chǔ)電量Q0，所述的時(shí)間周期是tM；從下列關(guān)系式(2)得到Q0″(Q0″＝Q0′/D)；Q0′＝Q0-I0×(tM′/D-tM)……(2)從常規(guī)的充電電池的存儲(chǔ)電量Q和開(kāi)路電壓之間的關(guān)系式Voc(Q)，從常規(guī)的充電電池在恒流I0充電模式的內(nèi)阻RI0和所述存儲(chǔ)的電量Q之間的關(guān)系式RI0(Q)，待檢測(cè)充電電池的存儲(chǔ)電量是Q0″時(shí)，常規(guī)的充電電池的開(kāi)路電壓和內(nèi)阻分別是Voc(Q0″)和RI0(Q0″)，待檢測(cè)充電電池的存儲(chǔ)電量是Q0″時(shí)，它的內(nèi)阻是RI0′(Q0″)；從下述關(guān)系式(3)，探測(cè)待檢測(cè)充電電池關(guān)于內(nèi)阻的內(nèi)部信息。RI0′(Q0″)/RI0(Q0″)＝{Vmax-Voc(Q0″)}/{I0(Q0″)×RI0(Q0″)}……(3)上述的常規(guī)的充電電池的開(kāi)路電壓Voc與存儲(chǔ)能電量Q的關(guān)系式Voc(Q0)和常規(guī)的充電電池的內(nèi)阻RI0與存儲(chǔ)電量Q的關(guān)系式RI0(Q0)是從預(yù)先測(cè)到的常規(guī)的再充電電池的數(shù)據(jù)得出的，關(guān)系式從所述數(shù)據(jù)得出，或用計(jì)算機(jī)模擬方式得出關(guān)系式。
當(dāng)按恒流I0的模式充電時(shí)，常規(guī)的充電電池的內(nèi)阻是RI0(Q)，電池電壓和開(kāi)路電壓分別是VI0(Q)和V0C(Q)，從下式能算出上述的RI0(Q)，
RI0(Q)＝{VI0(Q)-V0C(Q)}/I0而且，用上述的等式(7)能得到待檢測(cè)充電電池相對(duì)于常規(guī)的充電電池的內(nèi)阻增大量。具體地說(shuō)，恒壓充電模式中充電電流值的電流曲線(xiàn)按充電時(shí)間軸方向放大1/D倍，這就是說(shuō)，補(bǔ)償量相當(dāng)于存儲(chǔ)的電量，由此，得到與等式(7)一致的電阻增大量rs。
而且，本發(fā)明探測(cè)方法的特征還有以下幾點(diǎn)。即，判定待檢測(cè)充電電池的能存儲(chǔ)的電容量是常規(guī)的充電電池的能存儲(chǔ)的電容量的D倍時(shí)，假設(shè)從常規(guī)的充電電池的能存儲(chǔ)的電容量CN、放電電流i和溫度T確定的校正系數(shù)f(i，T)，常規(guī)的充電電池的總放電量Cd能表示成Cd＝CN×f(i，T)、待檢測(cè)充電電池的總放電量表示成Cd′＝D×CN×f(i，T)，儀器中用待檢測(cè)充電電池作電源時(shí)，儀器的平均消耗電流是i，平均消耗功率是P，待檢測(cè)充電電池的平均電池電壓是Vm，按等式h＝(D×Cd)/i或h＝(Vm×D×Cd)/P算出儀器的剩余工作時(shí)間h。而且，按以下公式能更準(zhǔn)確算出儀器的剩余工作時(shí)間，其中，用由上述的有關(guān)內(nèi)阻增大的信息確定的校正系數(shù)r。
h＝(1/r)×(D×Cd)/i，或，h＝(1/r)×(Vm×D×Cd)/P。
能選擇使用由充電電流i和溫度T確定的所述校正系數(shù)f(i，T)，用常規(guī)的充電電池預(yù)先測(cè)到的數(shù)據(jù)，根據(jù)所述數(shù)據(jù)得出的函數(shù)式，用計(jì)算機(jī)模擬方式得到的關(guān)于充電特性的數(shù)據(jù)或函數(shù)式。
本發(fā)明的用于檢測(cè)充電電池的內(nèi)部信息的探測(cè)方法，可用于探測(cè)用恒流-恒壓充電法充電的各種充電電池的內(nèi)部信息。這種充電電池的典型例可以是用鋰氧化-還原反應(yīng)的可充電鋰電池，包括鋰離子充電電池。但不限于此。
本發(fā)明還包括用于探測(cè)充電電池內(nèi)部信息的程序，該程序中使用了用于探測(cè)充電電池內(nèi)部信息的上述的本發(fā)明的探測(cè)方法。
本發(fā)明還包括用于探測(cè)待檢測(cè)充電電池內(nèi)部信息的探測(cè)設(shè)備，所述探測(cè)設(shè)備中使用了上述的用于探測(cè)充電電池的內(nèi)部信息的本發(fā)明的探測(cè)方法。更具體地說(shuō)，本發(fā)明的探測(cè)設(shè)備至少包括電流測(cè)試裝置，用恒流-恒壓充電法充電時(shí)，用于測(cè)試充電電流值I；時(shí)間測(cè)試裝置，用于測(cè)試按恒流I0的恒流充電模式轉(zhuǎn)換到按恒壓Vmax的恒壓充電模式所用的時(shí)間(t)；時(shí)間測(cè)試裝置，用于測(cè)試在恒壓充電模式中的充電電流值變成給定電流值IM時(shí)所用的時(shí)間(tM′)；電量測(cè)試裝置，用于測(cè)試恒壓充電模式中的充電量Qvc′；存儲(chǔ)裝置，其中存儲(chǔ)作為待檢測(cè)充電電池的參考標(biāo)準(zhǔn)的相應(yīng)的常規(guī)充電電池的能存儲(chǔ)的電容量(或額定容量)，和用恒流-恒壓充電法充電所述常規(guī)的充電電池時(shí)的所述常規(guī)的充電電池的內(nèi)部信息，所述內(nèi)部信息包括恒壓充電模式中的充電電流值達(dá)到給定電流值IM用的時(shí)間(tM)，和恒壓充電模式中的充電量Qvc；和計(jì)算裝置，根據(jù)所述存儲(chǔ)裝置中存儲(chǔ)的常規(guī)的充電電池的所述CN，tM，和Qvc，以及從待檢測(cè)充電電池探測(cè)到的上述tM′和Qvc′計(jì)算待檢測(cè)充電電池的能存儲(chǔ)的電容量(CN′)。
本發(fā)明還包括電池組件，它包括一個(gè)以上的充電電池單元，用于充電電池的充電電器，用充電電池作電源的儀器，用于待檢測(cè)充電電池的檢測(cè)設(shè)備，其中的每一個(gè)都用了上述的按本發(fā)明的用于探測(cè)充電電池的內(nèi)部信息的探測(cè)方法。
電池組件中，充電電池的內(nèi)部信息傳送到具有與其連接的電池組件的儀器，能最大程度地利用儀器的性能，并能防止儀器的運(yùn)行突然停止。充電器中必定能控制充電時(shí)的充電電池的性能下降。用充電電池作電源的儀器中，能高精度地探測(cè)出充電電池的實(shí)際上可用的容量，即現(xiàn)有的剩余電量，因而，容易控制電源，以延長(zhǎng)儀器的運(yùn)行時(shí)間。探測(cè)設(shè)備運(yùn)輸之前必然能對(duì)充電電池的好壞進(jìn)行質(zhì)量控制檢測(cè)。
而且，本發(fā)明人進(jìn)行了許多實(shí)驗(yàn)，以證實(shí)是否真的會(huì)有以下現(xiàn)象發(fā)生，即，恒壓充電時(shí)的只有其內(nèi)阻增大的給定的待檢測(cè)充電電池的充電電流曲線(xiàn)，與作為待檢測(cè)充電電池的參考標(biāo)準(zhǔn)的相應(yīng)的常規(guī)的充電電池的充電電流曲線(xiàn)，在一定的電流值處大致交叉，所述的一定的電流值相當(dāng)于所述的“充電電流曲線(xiàn)交叉電流值＂。結(jié)果，在許多不同類(lèi)型的鋰離子充電電池中證實(shí)，恒壓充電時(shí)的每個(gè)鋰離子電池的充電電流曲線(xiàn)與相應(yīng)的常規(guī)的充電電池的充電電流曲線(xiàn)在相當(dāng)于恒流充電模式中的1/2電流值處大致交叉。因此認(rèn)為，在恒流充電模式中通常確有該1/2電流值。這里，考慮到測(cè)試誤差，認(rèn)為使充電電流曲線(xiàn)的交叉電流值在相當(dāng)于恒流充電模式中的常規(guī)的充電電池的電流值的0.4至0.6倍范圍內(nèi)是合適的。更具體地說(shuō)，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)用所述方式很容易獲得只與充電電池的種類(lèi)相關(guān)的充電電流曲線(xiàn)的交叉電流值，甚至當(dāng)給定的待檢測(cè)充電電池的充電電流曲線(xiàn)的交叉電流值是所述的1/2值之外的其它值時(shí)，也可用本發(fā)明，這在以下會(huì)詳細(xì)描述。此外，甚至出現(xiàn)恒壓充電時(shí)的充電電流曲線(xiàn)在一定的電流值大致不交叉的情況下，只要能確定近似的充電電流曲線(xiàn)的交叉電流值，本發(fā)明也可用，這在以下會(huì)詳細(xì)描述。那種情況下，權(quán)利要求中所述的“一定的電流值IM＂(這在以下會(huì)詳細(xì)描述)，相當(dāng)于近似確定的充電電流曲線(xiàn)的交叉電流值。
以下參見(jiàn)附圖詳細(xì)描述本發(fā)明。
本發(fā)明探測(cè)方法的優(yōu)選的典型實(shí)施例中，用以下將要描述的現(xiàn)象確定用恒流-恒壓法充電充電電池的情況下的待檢測(cè)充電電池的內(nèi)部信息，例如，有關(guān)的能存儲(chǔ)的電量。
(1)待檢測(cè)充電電池是只有內(nèi)阻增大的待檢測(cè)充電電池的情況下，延長(zhǎng)充電時(shí)間至充電電流值接近0時(shí)，待檢測(cè)充電電池的全部充電量變成大致等于用恒流-恒壓充電法充電常規(guī)的充電電池時(shí)的相應(yīng)的常規(guī)的充電電池的全部充電量。
更具體地說(shuō)，充電電池的能存儲(chǔ)的電量相當(dāng)于從100％的放電深度至完全充電的充電量，它等于充電電流曲線(xiàn)和充電時(shí)間包圍的面積。因此，只有內(nèi)阻增大的待檢測(cè)充電電池中的充電電流曲線(xiàn)和充電時(shí)間包圍的面積變成與常規(guī)的充電電池中充電電流曲線(xiàn)和充電時(shí)間包圍的面積大致相同。
(2)恒壓充電模式中的只有內(nèi)阻增大的待檢測(cè)充電電池的充電電流曲線(xiàn)，與恒壓充電模式中的常規(guī)的充電電池的充電電流曲線(xiàn)，在常規(guī)的充電電池的恒流充電模式中的電流值的，例如是1/2的一定電流值處交叉(見(jiàn)圖4(2))。
(3)待檢測(cè)充電電池是(a)待檢測(cè)充電電池，其能存儲(chǔ)的電容量(即能存儲(chǔ)電量)損壞到是(b)其內(nèi)阻增大的相應(yīng)的常規(guī)的充電電池的能存儲(chǔ)的電容量的D倍的情況下，當(dāng)待檢測(cè)充電電池(a)恒流-恒壓充電(CCCV)模式中的充電電流曲線(xiàn)在充電時(shí)間軸方向放大1/D倍時(shí)(見(jiàn)圖2)，能得到只是其內(nèi)阻增大的待檢測(cè)充電電池(a′)在恒流-恒壓充電模式中的充電電流曲線(xiàn)。
更具體地說(shuō)，(a)待檢測(cè)充電電池的能存儲(chǔ)的電容量損壞到是(b)作為待檢測(cè)充電電池的參考標(biāo)準(zhǔn)的相應(yīng)的常規(guī)的充電電池的能存儲(chǔ)的電容量的D倍的情況下，待檢測(cè)充電電池(a)的由在恒流-恒壓(CCCV)充電中的充電電流曲線(xiàn)和充電時(shí)間包圍的面積(該面積以下叫做“充電電流曲線(xiàn)-充電時(shí)間面積＂)，變成常規(guī)的充電電池(b)的充電電流曲線(xiàn)-充電時(shí)間面積的D倍。這表明，待檢測(cè)充電電池的充電電流曲線(xiàn)-充電時(shí)間面積乘上1/D倍得到的面積，不僅與常規(guī)的充電電池的充電電流曲線(xiàn)-充電時(shí)間面積相等，還與只有其內(nèi)阻增大的待檢測(cè)充電電池(a′)的充電電流曲線(xiàn)-充電時(shí)間面積相等。
即，如上所述，待檢測(cè)充電電池的能存儲(chǔ)的容量(即能存儲(chǔ)的電量)損壞到，只有其內(nèi)阻增大的相應(yīng)的常規(guī)的充電電池的能存儲(chǔ)的電容量的D倍的情況下，當(dāng)待檢測(cè)充電電池在恒流-恒壓(CCCV)充電中的充電電流曲線(xiàn)在充電時(shí)間軸方向乘上1/D時(shí)，能獲得只有其內(nèi)阻增大的待檢測(cè)充電電池在恒流-恒壓(CCCV)充電中的充電電流曲線(xiàn)。
以下，參見(jiàn)附圖描述本發(fā)明探測(cè)方法的優(yōu)選實(shí)施例。
圖1是本發(fā)明探測(cè)方法實(shí)施例的流程圖。用于探測(cè)用CCCV法充電所述充電電池時(shí)的充電電池的內(nèi)部信息。
現(xiàn)在，參見(jiàn)圖1描述本發(fā)明的探測(cè)方法。
探測(cè)開(kāi)始時(shí)，在步驟1，判斷待檢測(cè)充電電池是否短路。當(dāng)判定待檢測(cè)充電電池短路的情況下，按需要發(fā)出待檢測(cè)充電電池短路的警報(bào)(步驟2)。判定待檢測(cè)充電電池沒(méi)短路的情況下，用CCCV充電法開(kāi)始對(duì)待檢測(cè)充電電池充電(步驟3)。具體說(shuō)，是用恒流充電模式開(kāi)始向待檢測(cè)充電電池充電(步驟4)。
根據(jù)需要，可省去步驟1。但是，在那種情況下，通常需要一個(gè)判斷步驟，以在恒流充電期間或恒流充電結(jié)束之后判斷待檢測(cè)充電電池是否短路。預(yù)先知道待檢測(cè)充電電池不短路的情況下，就不需要所述的判斷步驟。
步驟5和6中，電池電壓達(dá)到給定電壓時(shí)，恒流充電模式轉(zhuǎn)換到恒壓充電模式，測(cè)充電電流值和充電時(shí)間(步驟7)。
步驟8和9中，滿(mǎn)足了充電終止條件時(shí)，終止恒壓充電。可以有判斷步驟，以判斷在步驟8與9之間，或步驟9與10之間，待檢測(cè)充電電池是否短路。
步驟12中，從步驟7中測(cè)到的充電電流值和充電時(shí)間算出待檢測(cè)充電電池的充電量。步驟13中，存儲(chǔ)充電電流值變成給定電流值的時(shí)間。步驟10中，待檢測(cè)充電電池不短路的情況下，用所述充電量和充電時(shí)間，與預(yù)先獲得的相應(yīng)的常規(guī)的充電電池的內(nèi)部信息一起，即從轉(zhuǎn)換到恒壓充電模式直到充電電流值變成給定的電流值所用的時(shí)間，恒壓充電模式中的總充電量，按所述的公式(1)，計(jì)算待檢測(cè)充電電池的能存儲(chǔ)的電容量，或所述的能存儲(chǔ)的電容量與常規(guī)的充電電池的能存儲(chǔ)的電容量的電容量比D。
在打算從步驟10中的結(jié)果，預(yù)先獲得的關(guān)于常規(guī)的充電電池的開(kāi)路電壓Voc與充電量Q的關(guān)系式Voc(Q)，和所述的公式(3)獲得關(guān)于待檢測(cè)充電電池的內(nèi)阻信息時(shí)，步驟11中，能得到待檢測(cè)充電電池的內(nèi)阻，或所述內(nèi)阻與常規(guī)的充電電池的內(nèi)阻的內(nèi)阻比。
步驟7中有圖1所示的本發(fā)明的探測(cè)方法的優(yōu)選實(shí)施例的主要特征，步驟12和13是步驟7的繼續(xù)，步驟10是從步驟13繼續(xù)，用CCCV充電法充電待檢測(cè)充電電池時(shí)，測(cè)試從按恒流I0的恒流充電模式轉(zhuǎn)換到按恒壓Vmax的恒壓充電模式直到充電電流變成給定的電流值IM所用的時(shí)間tM′，測(cè)試或計(jì)算按恒壓Vmax充電的總充電量Qvc′；和用所述時(shí)間tM′和充電量Qvc′與預(yù)先獲得的常規(guī)的充電電池的內(nèi)部信息一起，即，從轉(zhuǎn)換到恒壓充電模式直到充電電流值達(dá)到給定電流值IM時(shí)用的時(shí)間tM，恒壓充電模式中充電的總電量Qvc，能存儲(chǔ)的電容量(即額定電容量)和按所述公式(1)算出的D，算出待檢測(cè)充電電池的能存儲(chǔ)的電容量。
因此，按本發(fā)明的探測(cè)方法，不用待檢測(cè)充電電池充電前的關(guān)于存儲(chǔ)電量的信息，而能容易得到關(guān)于它的能存儲(chǔ)的電容量的信息。
以下用圖2說(shuō)明從充電電流值要變成給定電流值的時(shí)間，和按恒壓充電模式中的充電量，和從所述公式(1)，能獲得待檢測(cè)充電電池的能存儲(chǔ)的電容量或所述的能存儲(chǔ)的電容量與常規(guī)的充電電池的能存儲(chǔ)的電容量之比的原因。
圖2是曲線(xiàn)圖，圖中畫(huà)出了用CCCV充電法充電充電電池(a)和(b)的充電電流值與充電時(shí)間的關(guān)系曲線(xiàn)圖，所述的CCCV充電法中，是從100％的放電深度，按恒流值I0開(kāi)始充電，電池電壓達(dá)到給定電壓Vmax后，按恒壓Vmax充電直到充電終止，充電電池(a)是不短路的和內(nèi)阻不增大的和能存儲(chǔ)的電容量不減小的常規(guī)的充電電池；充電電池(b)是待檢測(cè)充電電池其內(nèi)阻增大，和能存儲(chǔ)的電容量減小到常規(guī)的充電電池的能存儲(chǔ)的電容量的D倍。
圖2中的常規(guī)的充電電池(a)的t0和Q0，t0是從開(kāi)始充電至轉(zhuǎn)換到恒壓充電模式所用的時(shí)間，Q0是到時(shí)間t0的存儲(chǔ)電量；待檢測(cè)充電電池(b)的t0和Q0′，t0′是從開(kāi)始充電至轉(zhuǎn)換到恒壓充電模式所用的時(shí)間，Q0′是直到時(shí)間t0′的存儲(chǔ)電量。
現(xiàn)在，待檢測(cè)充電電池(b)的充電電流曲線(xiàn)按充電時(shí)間軸方向乘上1/D倍的情況下，充電電流曲線(xiàn)相當(dāng)于待檢測(cè)充電電池(b′)的充電電流曲線(xiàn)，電池(b′)中只有內(nèi)阻增大而它的能存儲(chǔ)的電容量與常規(guī)的充電電池(a)的能存儲(chǔ)的電容量大致相同，待檢測(cè)充電電池(b′)的t0′/D(＝t0″)和Q0′/D(＝Q0″)是從開(kāi)始充電至轉(zhuǎn)換到恒壓充電模式所用的時(shí)間，Q0″是直到時(shí)間t0″的存儲(chǔ)電量。
這里，恒壓充電模式中的待檢測(cè)充電電池(b′)的充電電流曲線(xiàn)與常規(guī)的充電電池(a)的充電電流曲線(xiàn)在充電電流值IM處交叉，見(jiàn)圖2。這時(shí)，從恒流充電模式轉(zhuǎn)換到恒壓充電模式直至充電電流變成電流值IM所用的時(shí)間對(duì)于常規(guī)的充電電池(a)是tM，而對(duì)于待檢測(cè)充電電池(b′)的時(shí)間是tM′/D＝tM″。
圖2中，有關(guān)常規(guī)的充電電池(a)與待檢測(cè)充電電池(b′)的直至充電電流變成0的存儲(chǔ)電量相同。因此，在時(shí)間(t0+tM)期間，常規(guī)的充電電池(a)與待檢測(cè)充電電池之間的直到充電電流變成電流值IM時(shí)的充電量之差等于由于待檢測(cè)充電電池(b′)與常規(guī)的充電電池(a)之間的充電電流值從IM變成0時(shí)的充電量之差。
這里用充電電流值的充電時(shí)間積分值是充電量，它等于充電-放電效率是100％時(shí)的存儲(chǔ)電量。
現(xiàn)在，使恒壓充電模式中有關(guān)常規(guī)的充電電池(a)，待檢測(cè)充電電池(b)和待檢測(cè)充電電池(b′)的充電量分別為Qvc，Qvc′，Qvc″，它們之間的關(guān)系用公式表示成I0×(t0-t0′/D)+Qvc＝Qvc″；(t0-t0′/D)＝(tM′/D-tM)，Qvc″＝Qvc′/D，和I0×(tM′/D-tM)+Qvc＝Qvc′/D。
從上面的那些公式，可得到以下的公式(1)表示D＝(Qvc′-I0×tM′)/(Qvc-I0×tM)……(1)因此，具有相應(yīng)的常規(guī)的充電電池預(yù)先獲得的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括從轉(zhuǎn)換到恒壓充電模式直到充電電流值變成給定的電流值IM所用的時(shí)間tM，用恒壓充電模式充電的充電量Qvc和能存儲(chǔ)的電容量(或額定電容量)，和用上述的公式(1)算出有關(guān)不短路的待檢測(cè)充電電池的數(shù)據(jù)，包括從轉(zhuǎn)換到恒壓充電模式直到充電電流值變成給定的電流IM所用的時(shí)間tM′、用恒壓充電模式的充電電量Qvc′、和能存儲(chǔ)的電容量。
恒流充電模式中上述的給定電流值IM最好是電流值I0的0.5倍，即IM＝0.5×I0。但是，考慮到測(cè)試誤差，IM的范圍最好是恒流充電模式中的電流值I0的0.4至0.6倍，即0.4×I0≤IM≤0.6×I0。
但是如上所述，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，用所述的方法容易得到只與充電電池的種類(lèi)相關(guān)的充電電流曲線(xiàn)的交叉電流值IM，即使IM不落入規(guī)定范圍內(nèi)，本發(fā)明也可用。
此外，甚至出現(xiàn)恒壓充電時(shí)的充電電流曲線(xiàn)在一定的電流值處大致不交叉的情況下，只要能確定充電電流曲線(xiàn)近似的交叉電流值，以有關(guān)的近似的充電電流曲線(xiàn)的交叉電流作電流值IM，本發(fā)明也可用。
從以上處理得到的tM和tM′的關(guān)系，可以容易地作出下述判斷。
(i)(tM′-tM)＞0時(shí)，與相應(yīng)的常規(guī)的充電電池相比，待檢測(cè)充電電池的內(nèi)阻增大，(ii)(tM-tM′)＞b＞0時(shí)，與相應(yīng)的常規(guī)的充電電池相比，待檢測(cè)充電電池的能存儲(chǔ)的電容量減小。
上述的(i)和(ii)中的a和b是根據(jù)充電電池的種類(lèi)確定的常數(shù)。
此外，待檢測(cè)充電電池與相應(yīng)的常規(guī)的充電電池之間存在-b≤(tM′-tM)≤a的關(guān)系時(shí)，判定待檢測(cè)充電電池在產(chǎn)品允許變化的范圍內(nèi)，它屬于常規(guī)的充電電池。
從上述處理中分別獲得Qvc和Qvc′的關(guān)系中容易作出下述判斷(iii)(Qvc′-Qvc)＞c＞0時(shí)，與相應(yīng)的常規(guī)的充電電池相比，待檢測(cè)充電電池的內(nèi)阻增大；(iv)(Qvc-Qvc′)＞d＞0時(shí)，與相應(yīng)的常規(guī)的充電電池相比，待檢測(cè)充電電池的能存儲(chǔ)的電容量減小。
上述的(iii)和(iv)中的c和d是根據(jù)充電電池的種類(lèi)確定的常數(shù)。
此外，待檢測(cè)充電電池與相應(yīng)的常規(guī)的充電電池之間存在-d≤(Qvc′-Qvc)≤c的關(guān)系，可以判定待檢測(cè)充電電池在產(chǎn)品允許變化的范圍內(nèi)，它屬于常規(guī)的充電電池。
但是，準(zhǔn)確地說(shuō)，待檢測(cè)充電電池的內(nèi)阻增大和能存儲(chǔ)的電容量減小的情況下，將滿(mǎn)足-b≤(tM′-tM)≤a，或/和-d≤(Qvc′-Qvc)≤c的關(guān)系，這種情況下，為了防止出現(xiàn)把不正常的待檢測(cè)充電電池判斷成屬于正常的充電電池，必須進(jìn)行特殊考慮，例如，從所述的公式(3)得到的RI0′(Q0″)/RI0(Q0″)小于給定值K和滿(mǎn)足-b≤(tM′-tM)≤a，和-d≤(Qvc′-Qvc)≤c的情況下，則判定待測(cè)充電電池是正常的。按此方式，能做出更準(zhǔn)確的判斷。
判斷待檢測(cè)充電電池是否短路本發(fā)明的探測(cè)方法中，為使待檢測(cè)充電電池能獲得它的充電量，必須使所述的待檢測(cè)充電電池不短路。為此，用CCCV充電法充電待檢測(cè)充電電池時(shí)，最好在從恒流充電模式轉(zhuǎn)換到恒壓充電模式之前確認(rèn)待檢測(cè)充電電池不短路。但是，判斷待檢測(cè)充電電池是否短路可在恒流充電后進(jìn)行。
因此，充電電流值中的變量ΔI/Δt隨恒壓充電范圍內(nèi)的充電時(shí)間變化的情況下，甚至在充電時(shí)間不限延長(zhǎng)的情況下，充電電流也不變成0而是正值，則判定待檢測(cè)充電電池短路，不能獲得待檢測(cè)充電電池的準(zhǔn)確的能存儲(chǔ)的電容量。
待檢測(cè)充電電池保持在不充電也不放電的暫停狀態(tài)時(shí)，或者，待檢測(cè)充電電池正在進(jìn)行充電或放電時(shí)，通過(guò)探測(cè)任何情況下它的內(nèi)部狀態(tài)，能判斷待檢測(cè)充電電池是否短路。
所述的內(nèi)部狀態(tài)包括例如，電池暫停時(shí)的開(kāi)路電壓變化量、恒流充電模式中電池的電池電壓增大速率、恒壓充電模式中電池的充電電流值的減小速率、和放電運(yùn)行時(shí)電池的電池電壓減小速率。
特別是待檢測(cè)充電電池處于既不充電也不放電的暫停狀態(tài)時(shí)，開(kāi)路電壓存在的時(shí)間周期減小時(shí)，可以判定待檢測(cè)充電電池是短路的。
待檢測(cè)充電電池正處于恒流充電運(yùn)行的情況下，電池電壓或開(kāi)路電壓的增大速率小于相應(yīng)的常規(guī)的充電電池的電池電壓或開(kāi)路電壓的增大速率時(shí)，判定待檢測(cè)充電電池短路。
待檢測(cè)充電電池在恒壓充電模式中的充電電流值的減小速率小于相應(yīng)的常規(guī)的充電電池在恒壓充電模式中的充電電流值的減小速率時(shí)，判定待檢測(cè)充電電池有可能短路。
該情況下，無(wú)限延長(zhǎng)充電時(shí)間，可以判定待檢測(cè)充電電池的內(nèi)阻是否增大，或電池是否短路。
待檢測(cè)充電電池正在進(jìn)行恒流放電運(yùn)行的情況下，電池電壓或開(kāi)路電壓的減小速率大于相應(yīng)的常規(guī)的充電電池的電池電壓或開(kāi)路電壓的減小速率時(shí)，判定待檢測(cè)充電電池短路。
現(xiàn)在對(duì)CCCV充電法的恒流充電區(qū)中待檢測(cè)充電電池是否短路的判定描述如下。
在待檢測(cè)充電電池的充電深度為100％的情況下，從開(kāi)始恒流充電直到轉(zhuǎn)換到恒壓充電，待檢測(cè)充電電池所用的時(shí)間比相應(yīng)的常規(guī)的充電電池用的時(shí)間長(zhǎng)，可以判定待檢測(cè)充電電池短路。
待檢測(cè)充電電池的充電深度不知道的情況下，根據(jù)從恒流值I0充電轉(zhuǎn)換到按恒壓Vmax充電的轉(zhuǎn)換時(shí)間之前的較早階段的時(shí)間tcc時(shí)恒流充電模式中有關(guān)電池電壓Vcc與時(shí)間(t)的增大速率ΔVcc/Δt，待檢測(cè)充電電池的增大速率ΔVcc/Δt與相應(yīng)的常規(guī)的充電電池的增大速率相比，前者小于后者時(shí)，判定待檢測(cè)充電電池短路。
這是，待檢測(cè)充電電池的增大速率大于常規(guī)的充電電池的增大速率時(shí)，判定與常規(guī)的充電電池相比，待檢測(cè)充電電池的內(nèi)阻增大或者，它的能存儲(chǔ)的電容量減小，或者，它的內(nèi)阻增大和能存儲(chǔ)的電容量減小。
除此之外，以下將描述用簡(jiǎn)單方式判斷待檢測(cè)充電電池是否短路。
恒壓充電中充電即將結(jié)束之前的充電電流值小于恒流充電中的充電電流值的0.3倍時(shí)，判定待檢測(cè)充電電池短路。
當(dāng)恒壓充電區(qū)中出現(xiàn)充電電流值相對(duì)充電時(shí)間的變化ΔI/Δt分別變成正值時(shí)，判定待檢測(cè)充電電池短路。
此外，當(dāng)恒流充電模式中的充電電壓相對(duì)充電時(shí)間的變化ΔV/Δt變成負(fù)值時(shí)，判定待檢測(cè)充電電池短路。
充電終止條件恒壓充電模式中的充電電流值變成小于給定的電流值Imin，或從充電開(kāi)始經(jīng)過(guò)給定的時(shí)間tf時(shí)，通常用CCCV充電法對(duì)充電電池的充電終止。但是，充電電池短路，或上述兩種情況下的任何一種情況中沒(méi)有非正常發(fā)熱時(shí)，充電終止。
恒壓充電模式中的充電量所述公式(1)中用的恒壓充電區(qū)中的充電量Qcv′是<i>至充電終止時(shí)的總充電量；或<ii>至恒壓充電模式中的電流值變成0時(shí)的總充電量。
最好用至恒壓充電模式中的電流值變成0時(shí)的所述總充電量<ii>，以獲得所述公式(1)的D，因?yàn)椋谠撉闆r下能得到能存儲(chǔ)的電容量的更準(zhǔn)確值。
為了獲得用CCCV充電法充電待檢測(cè)充電電池時(shí)能得到的電量，最好用直至充電終止時(shí)的所述總充電量<i>，因?yàn)?，該情況下能獲得充電量的更準(zhǔn)確值。
但是，用總的充電量<i>算出的能存儲(chǔ)的電容量與用總充電量<ii>算出的能存儲(chǔ)的電容量無(wú)明顯差別。
關(guān)于內(nèi)阻的信息探測(cè)以下將參見(jiàn)圖1和2中的步驟11描述。
充電電池的存儲(chǔ)電量、開(kāi)路電壓和靜態(tài)內(nèi)阻(電流不流動(dòng)時(shí)的內(nèi)阻)之間相關(guān)。電池按恒流充電時(shí)，充電電池的電池電壓和內(nèi)阻與存儲(chǔ)電量，電池溫度和充電電流值相關(guān)。此外，電池按恒流充電時(shí)，充電電池的電池電壓和內(nèi)阻與存儲(chǔ)電量，電池溫度和放電電流值相關(guān)。
為此，首先，就常規(guī)的充電電池而言，即，就用作待檢測(cè)充電電池的參考標(biāo)準(zhǔn)的相應(yīng)的常規(guī)的充電電池而言，預(yù)先得到開(kāi)路電Voc(Q)。之后，用CCCV充電法充電常規(guī)的充電電池，得出在電池溫度T和恒流I0在恒流充電模式中內(nèi)阻RI0與存儲(chǔ)電量Q的關(guān)系式RI0(Q)；并按需要得出電池電壓與充電量Q的關(guān)系式VI0(Q)。
獲得的上述的開(kāi)路電壓Voc和內(nèi)阻RI0最好分別作為開(kāi)路電壓Voc與存儲(chǔ)電量Q的函數(shù)式Voc(Q)和內(nèi)阻RI0與存儲(chǔ)電量Q的函數(shù)式RI0(Q)。
根據(jù)預(yù)先測(cè)得的常規(guī)充電電池的數(shù)據(jù)，從預(yù)先測(cè)得的數(shù)據(jù)得到的關(guān)系式，用計(jì)算機(jī)模擬獲得的常規(guī)的充電電池的數(shù)據(jù)，或從所述數(shù)據(jù)得到的函數(shù)等式，得到所述的函數(shù)式Voc(Q)和函數(shù)式RI0(Q)。
從上述的開(kāi)路電壓Voc與存儲(chǔ)電量Q的關(guān)系的函數(shù)式Voc(Q)，和內(nèi)阻RI0與存儲(chǔ)電量Q的關(guān)系的函數(shù)式。對(duì)于常規(guī)的充電電池的存儲(chǔ)電量是Q″時(shí)，分別得出常規(guī)的充電電池的開(kāi)路電壓和內(nèi)阻與存儲(chǔ)電量Q″的函數(shù)式Voc(Q″)和RI0(Q″)。
當(dāng)常規(guī)的充電電池充電時(shí)的電池電壓是Vc，在所述電池電壓Vc下的電池的充電電流值和內(nèi)阻分別是Ic和內(nèi)阻Rc所述的開(kāi)路電壓Voc，電池電壓Vc，充電電流Ic和內(nèi)阻Rc之間的關(guān)系可用下式表示Vc＝Voc+Ic×Rc，或Voc＝Vc-Ic×Rc當(dāng)按恒流值I0在恒流充電模式中的常規(guī)的充電電池的存儲(chǔ)電量是Q0″，(Q0″＝Q0′/D)參見(jiàn)圖2所做的描述；Q0′是從恒流I0充電轉(zhuǎn)移到按恒壓Vmax充電時(shí)的待檢測(cè)充電電池的存儲(chǔ)電量，常規(guī)的充電電池的內(nèi)阻Rc是Rc＝RI0(Q0″)，常規(guī)的充電電池的開(kāi)路電壓Voc是Voc＝Voc(Q0″)，開(kāi)路電壓Voc(Q0″)，充電電流值I0，電池電壓VI0(Q0″)和內(nèi)阻RI0(Q0″)之間的關(guān)系如下式所示Voc(Q0″)＝VI0(Q0″-I0×RI0(Q0″))圖2中，只有其內(nèi)阻增大的充電電池在按恒流I0充電轉(zhuǎn)換到按恒壓Vmax充電時(shí)的存儲(chǔ)電量是Q0′，當(dāng)電池內(nèi)阻是RI0′(Q″)時(shí)，這時(shí)的開(kāi)路電壓能表示成Vmax-I0×RI0′(Q0″)。
而且，由于只有其內(nèi)阻增大的待檢測(cè)充電電池的開(kāi)路電壓與其存儲(chǔ)電量是Q0″的常規(guī)的充電電池的開(kāi)路電壓大致相同，電阻增大的電池的開(kāi)路電壓用下式表示
Voc(Q0″)＝VI0(Q0″)-I0×RI0(Q0″)＝Vmax-I0×RI0′(Q0″)修改該公式，得到等式RI0′(Q0″)＝{Vmax-VOC(Q0″)}/I0，此外，得到以下等式(3)和(3′)RI0′(Q0″)/RI0(Q0″)＝{Vmax-VOC(Q0″)}/{I0×RI0(Q0″)}……(3)RI0′(Q0″)/RI0(Q0″)＝{Vmax-VOC(Q0″)}/{I0×RI0(Q0″)}+1……(3′)而且，從圖2得到下等式(2)。
Q0″＝Q0′/D＝Q0-I0×(tM′/D-tM)……(2)式中D＝(Qcv′-I0×tM′)/(Qcv-I0×tM)……(1)測(cè)Q0，tM，Qcv，tM′和Qcv′的值，并把測(cè)試值代入等式(2)，通常不能得到容量減小的待檢測(cè)充電電池的Q0′(存儲(chǔ)電量)，只有在從100％的放電深度充電的情況下容易得到存儲(chǔ)電量Q0′，甚至放電深度低于100％的情況下充電也能得到存儲(chǔ)電量Q0′。
特別是預(yù)先獲得常規(guī)的充電電池的內(nèi)部信息，即，用恒流充電，經(jīng)過(guò)恒壓充電模式中從充電電流值I0變成IM的時(shí)間tM時(shí)所得到的存儲(chǔ)電量Q0(它等于充電量)，恒壓充電模式中的存儲(chǔ)電量(等于充電量)，和與存儲(chǔ)電量Q相關(guān)的函數(shù)式Voc(Q)和RI0(Q)。該條件下，能測(cè)出關(guān)于待檢測(cè)充電電池在恒壓充電模式中充電電流值從I0至IM所用的時(shí)間tM′，獲得存儲(chǔ)電量Qcv′，(等于充電量)。從這些結(jié)果和上述的等式(1)、(2)和(3)，能得出待檢測(cè)充電電池在存儲(chǔ)電量Q″時(shí)的內(nèi)阻與常規(guī)的充電電池在存儲(chǔ)電量Q″時(shí)的內(nèi)阻之比。
這里，認(rèn)為待檢測(cè)充電電池在存儲(chǔ)電量Q0″時(shí)的內(nèi)阻之間的差別極小。因此也能假設(shè)待檢測(cè)充電電池在存儲(chǔ)電量Q0″(測(cè)試量)時(shí)的內(nèi)阻大致相當(dāng)于在存儲(chǔ)電量Q0′時(shí)的內(nèi)阻。
而且認(rèn)為待檢測(cè)充電電池與常規(guī)的充電電池在存儲(chǔ)電量Q0″時(shí)的內(nèi)阻之比(a)，與待檢測(cè)充電電池與常規(guī)的充電電池在放電時(shí)的內(nèi)阻之比(b)之間的差別極小。因此，可以假設(shè)內(nèi)阻之比(a)與(b)大致相同。
計(jì)算儀器的有效運(yùn)行時(shí)間可用本發(fā)明找出用內(nèi)設(shè)的充電電池作電源的儀器的有效運(yùn)行時(shí)間。具體地說(shuō)，用上述方法計(jì)算設(shè)在儀器中的作為待檢測(cè)充電電池的存儲(chǔ)電容量的減小速率D。假設(shè)從用常規(guī)的充電電池的存儲(chǔ)電容量CN，放電電流和電池溫度T的校正系數(shù)f(i，T)，把作為待檢測(cè)充電電池的參考標(biāo)準(zhǔn)的相應(yīng)的常規(guī)的充電電池的總放電量表示成Cd＝CN×f(i，T)，當(dāng)儀器中的待檢測(cè)充電電池用作電源時(shí)，儀器的平均消耗電流是i，平均消耗功率是P，待檢測(cè)充電電池的平均電池電壓是Vm，按等式h＝(D×Cd)/i，或h＝(Vm×D×Cd)/P算出儀器的剩余的有效運(yùn)行時(shí)間h。上述的校正系數(shù)f(i，T)由待檢測(cè)充電電池的充電電流i和溫度T確定，能選擇地用計(jì)算機(jī)模擬方法獲得上述的用常規(guī)的充電電池獲得的測(cè)試數(shù)據(jù)，根據(jù)所述數(shù)據(jù)獲得的函數(shù)式，與常規(guī)的充電電池的充電特性相關(guān)的數(shù)據(jù)或函數(shù)式。
按下式能更準(zhǔn)確地算出儀器的剩余的有效運(yùn)行時(shí)間h，其中，校正系數(shù)r是由有關(guān)內(nèi)阻的信息確定的，即，用待檢測(cè)充電電池RI0′(Q0′)與常規(guī)的充電電池的內(nèi)阻RI0(Q0″)之比確定的。h＝(1/r)×(D×Cd)/i，或，h＝(1/r)×(Vm×D×Cd)/P充電電池的內(nèi)阻探測(cè)設(shè)備本發(fā)明的探測(cè)設(shè)備的典型實(shí)施例是用CCCV法充電所述待檢測(cè)充電電池時(shí)探測(cè)充電電池的內(nèi)部信息的探測(cè)設(shè)備，所述的CCCV充電法中，按恒流值I0開(kāi)始充電，電池電壓達(dá)到給定的電壓值Vmax后，按恒壓Vmax進(jìn)行充電直到充電終止。所述探測(cè)設(shè)備至少包括電流測(cè)試裝置，在用CCCV充電法充電待檢測(cè)充電電池時(shí)用于測(cè)試充電電流值I0；時(shí)間測(cè)試裝置，用于測(cè)試從按恒流I0進(jìn)行恒流充電模式轉(zhuǎn)換到按恒壓Vmax的恒壓充電模式所用的時(shí)間(t)；時(shí)間檢測(cè)裝置，用于測(cè)試所述恒壓充電模式中的充電電流值變成給定電流值IM所用的時(shí)間(tM′)；計(jì)算裝置，用所測(cè)到的充電電流值I和所用的時(shí)間(t)進(jìn)行計(jì)算。
本發(fā)明的探測(cè)設(shè)備最好包括存儲(chǔ)裝置。存儲(chǔ)裝置中，最好預(yù)先存儲(chǔ)與待檢測(cè)充電電池有相同類(lèi)型和種類(lèi)的相應(yīng)的常規(guī)的充電電池的特性信息。從預(yù)先存儲(chǔ)的常規(guī)的充電電池的特性信息和待檢測(cè)充電電池的測(cè)試信息，能獲得充電電池的內(nèi)部信息。
另一典型實(shí)施例中，本發(fā)明的探測(cè)設(shè)備用于探測(cè)用CCCV充電法充電所述的待檢測(cè)充電電池時(shí)的內(nèi)部信息，所述探測(cè)設(shè)備至少有電流測(cè)試裝置，用于測(cè)試用CCCV充電法充電所述的待檢測(cè)充電電池時(shí)的充電電流值I；時(shí)間測(cè)試裝置，用于測(cè)試按恒流值I0的恒流充電模式轉(zhuǎn)換到按恒壓Vmax的恒壓充電模式所用的時(shí)間(t)；時(shí)間測(cè)試裝置，用于測(cè)試所述的恒壓充電模式中的充電電流值變成給定電流值IM所用的時(shí)間(tM′)；電量測(cè)試裝置，用于測(cè)試恒壓充電模式中的充電量Qcv′；存儲(chǔ)裝置，它存儲(chǔ)有用CCCV充電法充電所述常規(guī)的充電電池時(shí)相應(yīng)的常規(guī)的充電電池的能存儲(chǔ)的電容量或額定電容量CN和內(nèi)部信息，所述內(nèi)部信息包括恒壓充電模式中的充電電流值變成給定的電流值IM所用的時(shí)間(tM)，和恒壓充電模式中的充電量Qcv；計(jì)算裝置，用存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)裝置中的常規(guī)的充電電池的CN，tM和Qvc，和以待檢測(cè)充電電池探測(cè)到的tM′和Qvc′，算出待檢測(cè)充電電池的能存儲(chǔ)的電容量(CN′)。用上述的公式(1)計(jì)算能存儲(chǔ)的電容量。
又一典型實(shí)施例中，本發(fā)明的探測(cè)設(shè)備用于探測(cè)用CCCV充電法充電待檢測(cè)充電電池的待檢測(cè)充電電池的內(nèi)部信息，所述測(cè)試設(shè)備至少有時(shí)間探測(cè)裝置，用于測(cè)試從按恒流值I0的恒流充電模式轉(zhuǎn)換到按恒壓Vmax的恒壓充電模式所用的時(shí)間(t)；時(shí)間測(cè)試裝置，用于測(cè)試所述恒壓充電模式中的充電電流值變成給定電流值IM所用的時(shí)間(tM′)；和電量測(cè)試裝置，用于測(cè)試所述恒壓充電模式中的充電量Qvc′；存儲(chǔ)裝置，用它存儲(chǔ)用CCCV充電法充電所述常規(guī)的充電電池時(shí)相應(yīng)的常規(guī)的充電電池的能存儲(chǔ)的電容量或額定電容量CN和內(nèi)部信息，所述內(nèi)部信息包括恒壓充電模式中的充電電流值變成給定電流值IM所用的時(shí)間(tM)和恒壓充電模式中的充電量Qcv；和存儲(chǔ)裝置，它還存儲(chǔ)有常規(guī)的充電電池的其它內(nèi)部信息，所述的其它內(nèi)部信息包括按恒流值I0的恒流充電模式中的開(kāi)路電壓Voc和內(nèi)阻與RI0與存儲(chǔ)電量Q的關(guān)系式Voc(Q)和RI0(Q)；計(jì)算裝置，從待檢測(cè)充電電池的測(cè)試信息和存儲(chǔ)的關(guān)于常規(guī)的充電電池特性的信息算出關(guān)于待檢測(cè)充電電池的能存儲(chǔ)的電容量和內(nèi)阻的內(nèi)部信息。
用常規(guī)的充電電池預(yù)先獲得的數(shù)據(jù)表或函數(shù)式作為常規(guī)的充電電池的關(guān)系式Voc(Q)和RI0(Q)。用上述的公式(1)、(2)和(3)獲得關(guān)于充電電池的內(nèi)阻的內(nèi)部信息。
本發(fā)明探測(cè)設(shè)備中的計(jì)算裝置最好有處理基本數(shù)據(jù)和探測(cè)信息的處理裝置。計(jì)算裝置最好還有計(jì)算時(shí)間的裝置，用于計(jì)算至待檢測(cè)充電電池充電終止所需時(shí)間，同時(shí)計(jì)算待檢測(cè)充電電池的能存儲(chǔ)的電容量和內(nèi)阻或內(nèi)裝用作電源的待檢測(cè)充電電池的儀器的剩余有效運(yùn)行時(shí)間。
而且，本發(fā)明的探測(cè)設(shè)備還有輸出裝置或指示裝置，用于指示從測(cè)試裝置獲得的信息，和/或指示關(guān)于獲得的待檢測(cè)充電電池的內(nèi)部信息的信息。
本發(fā)明的探測(cè)設(shè)備的實(shí)例圖7是用于探測(cè)充電電池的內(nèi)部信息的本發(fā)明探測(cè)設(shè)備的主要部分的電路實(shí)例的示意圖，所述的充電電池的內(nèi)部信息包括能存儲(chǔ)的電容量和內(nèi)阻。
現(xiàn)在描述圖7所示的探測(cè)設(shè)備。
本發(fā)明的探測(cè)設(shè)備的電路構(gòu)成基本上包括一對(duì)引出端701，用于把待檢測(cè)充電電池連接到設(shè)備本體；電池電壓探測(cè)部件702，用于探測(cè)充電電池的一對(duì)引出端之間的電壓(引出端之間電壓)；電流讀出電阻器703，用于探測(cè)充電電池的充電電流；放大器704和控制部件705。引出端701用于容易而可靠地電連接待檢測(cè)充電電池與設(shè)備本體。
電池電壓探測(cè)部件702有用于探測(cè)待檢測(cè)充電電池的陽(yáng)極與陰極之間的引出端之間的電壓的高輸入阻抗，從電池電壓探測(cè)部件702輸出的探測(cè)的電壓信息輸入到控制部件705。
探測(cè)待檢測(cè)充電電池的充電電流，并用電流讀出電阻器703轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，電壓信號(hào)從電流讀出電阻器703輸入到放大器702，在放大器704處用電流信息放大電壓信息，隨后，輸入到控制部件705。
控制部件705的內(nèi)外均有定時(shí)器。定時(shí)器用于測(cè)試從恒流充電轉(zhuǎn)換到恒壓充電的充電時(shí)間，控制部件705獲取為待檢測(cè)充電電池充電時(shí)的充電電流值數(shù)據(jù)?？刂撇考?05的內(nèi)外均有存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)待檢測(cè)充電電池的所述的獲取的數(shù)據(jù)?？刂撇考?05的存儲(chǔ)器中可存儲(chǔ)與待檢測(cè)充電電池的類(lèi)型和種類(lèi)相同的相應(yīng)的常規(guī)的充電電池的充電特性信息，所述信息包括與充電時(shí)間相關(guān)的充電電流值；計(jì)算式，用于從待檢測(cè)充電電池的所述數(shù)據(jù)算出內(nèi)部信息。最好是把常規(guī)的充電電池的開(kāi)路電壓Voc和內(nèi)阻RI0與存儲(chǔ)電量Q的關(guān)系式Voc(Q)和RI0(Q)預(yù)先存儲(chǔ)在控制部件705的存儲(chǔ)器中。
此外，控制部件705最好有計(jì)算功能，用于計(jì)算關(guān)于待檢測(cè)充電電池的能存儲(chǔ)的電容量和內(nèi)阻。
可使該實(shí)施例的探測(cè)設(shè)備有指示功能，用于顯示，根據(jù)算出的能存儲(chǔ)的電容量信息和待檢測(cè)充電電池的信息。對(duì)待檢測(cè)充電電池的剩余壽命和至充電終止所需時(shí)間的判斷結(jié)果；或顯示內(nèi)裝作用電源的待檢測(cè)充電電池的儀器的剩余的有效運(yùn)行時(shí)間。
把本實(shí)施例中的本發(fā)明探測(cè)設(shè)備的電路連接到待檢測(cè)充電電池能單獨(dú)操作該設(shè)備。圖中沒(méi)畫(huà)的，這時(shí)設(shè)備本體所需的電源可設(shè)計(jì)成電源從外部供電，或者，通過(guò)調(diào)節(jié)器供電。
圖8是有圖7所示電路的探測(cè)設(shè)備和安裝在電池組件(電池模塊)中的充電電池(801)組合的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
圖8所示的電路構(gòu)成有電池模塊(或電池組件)的正端802、和負(fù)端803、充電正端804(電池負(fù)端803也能作用充電負(fù)端)、電池電壓監(jiān)測(cè)器輸出端805、和要連接到儀器的連通功能元件806?？砂葱枰贡緦?shí)施例的設(shè)備的控制部件705執(zhí)行防止安裝在電池組件中的充電電池過(guò)充電功能件807的作用，或/和過(guò)放電功能件808的作用。圖8所示的電池組件只包括一個(gè)安裝其中的充電電池。這只是為了簡(jiǎn)化圖而不是限制發(fā)明。電池組件可包括多個(gè)充電電池。
裝在電池組件中的本發(fā)明的探測(cè)設(shè)備，用這種連通機(jī)構(gòu)806能呈極充電電池或電池組件的內(nèi)部信息，如能存儲(chǔ)的電容量，壽命等，從所述內(nèi)部信息算出的至充電終止所需的時(shí)間，或連接電池的儀器的剩余的有效運(yùn)行時(shí)間。
此外，圖7所示的探測(cè)設(shè)備可裝在用充電電池作電源的儀器本體中。也可以使儀器本體的控制部件有圖7所示探測(cè)設(shè)備的功能。更具體地說(shuō)，可把在本發(fā)明探測(cè)方法基礎(chǔ)上的程序輸入儀器本體的控制部件中，使其有本發(fā)明的探測(cè)功能。例如，用連接有充電電池的便攜式個(gè)人計(jì)算機(jī)的情況下，個(gè)人計(jì)算機(jī)有主控部件和付控部件，所述的主控部件主要參與主體運(yùn)行，付控部件主要參與與外部設(shè)備的連通。付控部件監(jiān)測(cè)作為電源的充電電池的電流或/和電壓信息。把本發(fā)明探測(cè)方法的程序，和對(duì)應(yīng)所述的充電電池的常規(guī)的充電電池的必需的基本數(shù)據(jù)輸入獲取監(jiān)視信息的付控部件或主控部件，使儀器本體有本發(fā)明探測(cè)設(shè)備的功能。因此能始終探測(cè)充電電池的內(nèi)部信息，并能高精度控制儀器本體的電源。這就能有效利用能再充電電池的存儲(chǔ)能量，并最大程度地表現(xiàn)出儀器的性能。
而且，通過(guò)把那些種類(lèi)相同但類(lèi)型不同的常規(guī)的充電電池中的每個(gè)電池的特征信息輸入它的存儲(chǔ)裝置中，使本發(fā)明的探測(cè)設(shè)備具有通用性，所述的種類(lèi)相同而類(lèi)型不同的常規(guī)的充電電池例如是，多個(gè)種類(lèi)相同但類(lèi)型不同的常規(guī)的鋰離子充電電池，多個(gè)種類(lèi)相同但類(lèi)型不同的常規(guī)鎳-金屬氧化物充電電池，多個(gè)種類(lèi)相同而類(lèi)型不同的常規(guī)的鎳-鎬充電電池，或種類(lèi)相同而類(lèi)型不同的常規(guī)的鉛-酸充電電池。
該情況下，探測(cè)設(shè)備最好設(shè)有類(lèi)型選擇裝置，它能選擇常規(guī)的充電電池的類(lèi)型，它適合于探測(cè)在探測(cè)設(shè)備中的給定的待檢測(cè)充電電池的內(nèi)部信息。這種情況下的類(lèi)型選擇裝置例如可以有通過(guò)有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)電信號(hào)或光信息的轉(zhuǎn)換輸入功能或輸入功能。因此，在包括鋰離子充電電池，鎳-金屬氧化物充電電池，鎳-鎘充電電池，或鉛-酸充電電池的給定的待檢測(cè)充電電池的任何情況下，均能容易完成對(duì)這些電池的內(nèi)部信息的探測(cè)。
存儲(chǔ)有探測(cè)待檢測(cè)充電電池的內(nèi)部信息的探測(cè)程序的存儲(chǔ)媒體本發(fā)明的存儲(chǔ)媒體中，主要存儲(chǔ)用圖1所示流程表示的本發(fā)明發(fā)明探測(cè)方法編程的程序，和作為待檢測(cè)充電電池的參考標(biāo)準(zhǔn)的常規(guī)的充電電池的基本特征數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的存儲(chǔ)媒體可用在有充電功能的儀器中，所以，把存儲(chǔ)媒體連接到儀器中用的充電電池上面使存儲(chǔ)媒體有探測(cè)充電電池的內(nèi)部信息的功能。
這種儀器可包括例如，充電器，攝象機(jī)，數(shù)碼相機(jī)，蜂窩電話(huà)，個(gè)人數(shù)字助理，計(jì)算機(jī)，諸如電動(dòng)車(chē)輛和混合動(dòng)力汽車(chē)的車(chē)輛，這些儀裝置有包括充電電池的電源。
甚至在所用的充電電池的類(lèi)型或/和種類(lèi)發(fā)生變化的情況下，通過(guò)設(shè)置能履行變化的合適的存儲(chǔ)媒體，很容易校正變化。因而能準(zhǔn)確探測(cè)充電電池的內(nèi)部信息。
能采用本發(fā)明探測(cè)設(shè)備的儀器如上所述，甚至在充電電池是其能存儲(chǔ)的電容量減小或其內(nèi)阻增大的劣質(zhì)充電電池時(shí)，本發(fā)明的探測(cè)方法也能準(zhǔn)確算出給定的待檢測(cè)充電電池的能存儲(chǔ)的電容量。為此，用充電電池作電源的儀器中，當(dāng)其壽命終止時(shí)，不僅能準(zhǔn)確識(shí)別儀器剩余的有效運(yùn)行時(shí)間，還有更換充電電池的時(shí)間。
因此，通過(guò)安裝采用了按本發(fā)明的探測(cè)充電電池的內(nèi)部信息的探測(cè)方法的探測(cè)設(shè)備，能使儀器性能和儀器中用的充電電池的性能達(dá)到最好。
其中安裝有本發(fā)明的探測(cè)設(shè)備的其性能能達(dá)到最好的這種儀器可以是，例如，蜂窩電話(huà)，個(gè)人數(shù)字式助理，計(jì)算機(jī)，攝象機(jī)，數(shù)碼相機(jī)和用充電電池作電源的諸如電動(dòng)車(chē)輛和混合動(dòng)力汽車(chē)的車(chē)輛。
此外，也可以是所述的電池組件，其中裝有單個(gè)充電電池或多個(gè)串聯(lián)或并聯(lián)連接的充電電池，和充電器。這種電池組件具有使充電電池的內(nèi)部信息與儀器連通的功能。
而且，通過(guò)其中安裝本發(fā)明的探測(cè)設(shè)備能提高其性能的其它儀器或系統(tǒng)可以是，例如，用于檢測(cè)充電電池產(chǎn)品是好或不好的檢測(cè)儀器、和電能存儲(chǔ)系統(tǒng)。
以下將參考實(shí)驗(yàn)和實(shí)例更詳細(xì)描述本發(fā)明。應(yīng)了解，這些實(shí)驗(yàn)和實(shí)例只是用于說(shuō)明發(fā)明而不是對(duì)發(fā)明范圍的限制。
實(shí)驗(yàn)1(能存儲(chǔ)的電容量比D對(duì)常規(guī)的充電電池的適合程度)實(shí)驗(yàn)證明本發(fā)明的探測(cè)方法適合于探測(cè)充電電池的內(nèi)部信息，實(shí)驗(yàn)表明，在恒流充電模式中的電流值的1/2處，用能存儲(chǔ)的電容量比D補(bǔ)償?shù)某Ｒ?guī)的充電電池的充電電流曲線(xiàn)與常規(guī)的充電電池的充電電流曲線(xiàn)交叉。
圖6(1)是市售的鋰離子充電電池(a)和檢測(cè)的鋰離子充電電池(b)的充電電流隨充電時(shí)間變化的典型曲線(xiàn)圖，其中(a)是直徑17mm，長(zhǎng)67mm，額定電容量1300mAh的鋰離子充電電池，每個(gè)電池用CCCV充電法對(duì)其充電，恒流充電中的充電電流值是1A，恒壓充電中的充電電壓值是4.2V，由于充電-放電循環(huán)重復(fù)200次，電池的性能變劣。
圖6(2)是圖6(1)所示的充電電池(a)和(b)的電池電壓隨放電量變化的曲線(xiàn)圖，每個(gè)充電電池(a)和(b)均按0.13A的低電流值放電，知道電池電壓達(dá)到2.75V為止，在0.13A的低放電電流處，由于電流密度極小，因此對(duì)內(nèi)阻有影響。
從圖6(2)發(fā)現(xiàn)，在0.13A的低電流值放電，待檢測(cè)充電電池(b)的放電量是常規(guī)的充電電池(a)的放電量的0.78倍。
充電電池在0.13A低電流值的放電量可能與其相應(yīng)的能存儲(chǔ)的電容量相關(guān)，可以說(shuō)，待檢測(cè)充電電池(b)與常規(guī)的充電電池(a)的能存儲(chǔ)的電容量之比是0.78。
圖6(3)中是圖6(1)所示的待檢測(cè)充電電池(b)的充電電流曲線(xiàn)按充電時(shí)間軸方向放大1/0.7倍(＝1.282倍)后所獲得的充電電流曲線(xiàn)，和常規(guī)的充電電池(a)的圖6(1)所示的充電電流曲線(xiàn)。
從圖6(3)看出，在恒流充電中的充電電流值1A的1/2的0.5A電流值處，待檢測(cè)充電電池(b)的補(bǔ)償了1/D倍的充電電流曲線(xiàn)與常規(guī)的充電電池(a)的充電電流曲線(xiàn)交叉。這表明，用所述的公式(1)能得出給定的待檢測(cè)充電電池的能存儲(chǔ)的電容量與相應(yīng)的常規(guī)的充電電池的能存儲(chǔ)的電容量或給定的待檢測(cè)充電電池的能存儲(chǔ)的電容量之比。這也表明，其能存儲(chǔ)的電容量減小和內(nèi)阻增大的待檢測(cè)充電電池的充電電流曲線(xiàn)用按充電時(shí)間軸放大1/D倍的充電電流曲線(xiàn)補(bǔ)償時(shí)，能獲得只有其內(nèi)阻增大的待檢測(cè)充電電池的充電電流曲線(xiàn)。
實(shí)驗(yàn)2(適合常規(guī)的充電電池的特性基本數(shù)據(jù)的例子)以下將參見(jiàn)圖9至11描述適合于對(duì)應(yīng)給定的待檢測(cè)充電電池的給定的常規(guī)的充電電池的數(shù)據(jù)或函數(shù)式的獲取方法的實(shí)例，所要獲取的數(shù)據(jù)和函數(shù)式是，恒流充電中，關(guān)于開(kāi)路電壓與存儲(chǔ)電量的關(guān)系的函數(shù)式，關(guān)于內(nèi)阻與存儲(chǔ)電量的關(guān)系的函數(shù)式。
圖9是市售的鋰離子充電電池的充電-放電特性曲線(xiàn)圖，所述的鋰離子充電電池的直徑是17mm，長(zhǎng)67mm，額定電容量是1300mAh，按下述方式進(jìn)行充電和放電，水平軸表示充電時(shí)間，垂直軸表示電池電壓。
即，首先，用CCCV充電法對(duì)充電電池充電，直至完全充電為止，在電流值為1A的條件下進(jìn)行恒流充電，之后在最大電壓值為4.2V的條件下進(jìn)行恒壓充電。此后，充電電池暫停預(yù)定的時(shí)間周期，之后，充電電池放電，充電電池按0.26A的放電電流放電15分鐘放出的電量相當(dāng)于充電電池的額定電量的5％，并暫停預(yù)定的時(shí)間周期，充電電池經(jīng)過(guò)這樣的重復(fù)放電循環(huán)，直到充電電池的電池電壓達(dá)到2.75V為止。
圖10是曲線(xiàn)圖，它示出在圖9所示放電運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上放電運(yùn)行間歇時(shí)的電池電壓和每次放電運(yùn)行后暫停時(shí)間的開(kāi)路電壓與積分的放電量之間的關(guān)系。圖10中的虛線(xiàn)表示每次放電運(yùn)行后暫停時(shí)間(放電運(yùn)行間歇)的充電電池的開(kāi)路電壓變化曲線(xiàn)，實(shí)線(xiàn)是放電運(yùn)行間歇時(shí)充電電池的電池電壓變化曲線(xiàn)，每個(gè)峰值部分表示放電運(yùn)行暫停和充電電池暫停時(shí)的時(shí)間點(diǎn)。
圖10中示出的電池電壓突然降低到2.75V時(shí)的積分的放電量，它相當(dāng)于能存儲(chǔ)的電量，它大致等于充電電池的額定電容量。圖10中，積分的放電電量大致為0的點(diǎn)表示充電電池已在完全充電狀態(tài)，它的存儲(chǔ)能量大致等于額定容量。
因此認(rèn)為圖10中的虛線(xiàn)表示的開(kāi)路電壓曲線(xiàn)表示充電電池的存儲(chǔ)電量(Q)與開(kāi)路電壓(Voc)的關(guān)系。存儲(chǔ)電量相當(dāng)于從能存儲(chǔ)的電容量(＝直到放電終止的積分的放電量)中減去在給定時(shí)間的積分的放電量得到的值。
這里，關(guān)于存儲(chǔ)電量Q與開(kāi)路電壓Voc的關(guān)系的近似曲線(xiàn)的函數(shù)式Voc(Q)的實(shí)例可表示成下式的存儲(chǔ)電量Q函數(shù)式Voc(Q)＝Pn×Qn+Pn-1×Qn-1+Pn-2×Qn-2+……+P1×Q1+P0×Q0式中Pn至P0中的每一個(gè)是由充電電池的種類(lèi)、類(lèi)型、額定容量等確定的常數(shù)。
該實(shí)驗(yàn)中，假設(shè)開(kāi)路電壓Voc是存儲(chǔ)電量Q的六元多項(xiàng)式，從根據(jù)直徑17mm，長(zhǎng)67mm，額定電容量是1300mAh的市售的鋰離子電池獲取的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的圖10所示的開(kāi)路電壓曲線(xiàn)選擇的經(jīng)驗(yàn)公式，算出關(guān)于開(kāi)路電壓Voc與存儲(chǔ)電量Q的關(guān)系的函數(shù)式Voc(Q)。算出的函數(shù)式Voc(Q)表示如下Voc(Q)＝-5.1539×Q6+23.017×Q5-40.55×Q4+35.478×Q3-16.121×Q2+3.6098×Q+3.4299圖11示出圖10中獲得的開(kāi)路電壓Voc與存儲(chǔ)電量Q的關(guān)系的近似曲線(xiàn)Voc(Q)和用CCCV充電法充電時(shí)的電池電壓V與充電量之間的關(guān)系的曲線(xiàn)范例。
而且，發(fā)現(xiàn)鋰離子充電電池的充電-和-放電庫(kù)侖效率大致是100％。因此，可以認(rèn)為充電量等于存儲(chǔ)電量。為此，圖10中的放電量是全充量減去存儲(chǔ)電量Q所得出的值，因此，放電時(shí)的存儲(chǔ)電量Q和開(kāi)路電壓Voc與充電時(shí)的存儲(chǔ)電量Q和開(kāi)路電壓Voc一致。更具體地說(shuō)，圖11所示的開(kāi)路電壓Voc與存儲(chǔ)電量Q的關(guān)系曲線(xiàn)圖，是按恒流1A和恒壓4.2V充電時(shí)獲得的圖10所示的充電量(它等于存儲(chǔ)電量Q)和開(kāi)路電壓的關(guān)系曲線(xiàn)圖。
用與圖10相同的方式也能分別獲得圖11，其中，按CCCV充電法充電，重復(fù)進(jìn)行充電預(yù)定時(shí)間周期和暫停充電運(yùn)行，測(cè)試開(kāi)路電壓等一系列操作，獲得電池電壓和開(kāi)路電壓與充電量的關(guān)系。
而且，甚至類(lèi)型和種類(lèi)相同的多個(gè)充電電池的測(cè)試數(shù)據(jù)也有某些變化。所以最好用類(lèi)型和種類(lèi)相同的多個(gè)充電電池的測(cè)試數(shù)據(jù)的平均數(shù)據(jù)。
除函數(shù)式Voc(Q)之外，就恒流充電區(qū)中的存儲(chǔ)電量Q和電池電壓VI0之間的函數(shù)式VI0(Q)而言，假設(shè)電池電壓VI0是存儲(chǔ)電量Q的六元多項(xiàng)式，算出與恒流充電區(qū)中的電池電壓與存儲(chǔ)電流曲線(xiàn)一致的六元多項(xiàng)式的常數(shù)項(xiàng)，獲得函數(shù)式VI0(Q)。
總的函數(shù)式VI0(Q)表示如下VI0(Q)＝-61.579×Q6+198.46×Q5-248.74×Q4+153.06×Q3-47.891×Q2+7.3465×Q+3.505
關(guān)于函數(shù)式VI0(Q)，當(dāng)存儲(chǔ)電量是Q，電池電壓VI0(Q)，開(kāi)路電壓是VI0(Q)，電池內(nèi)阻是VI0(Q)，按充電電流值I0恒流充電時(shí)，按下述關(guān)系式表示RI0(Q)＝{VI0(Q)-Voc(Q)}/I0因此能算出表示內(nèi)阻與存儲(chǔ)電量的關(guān)系的函數(shù)式。算出的函數(shù)式表示如下RI0(Q)＝56.4251×Q6+175.443×Q5-208.19×Q4+117.312×Q3-31.77×Q2+3.7367×Q+0.0756該實(shí)驗(yàn)中，用存儲(chǔ)電量Q的六元多項(xiàng)式表示各個(gè)函數(shù)式Voc(Q)，VI0(Q)和RI0(Q)。但不限于此。具體地說(shuō)，包括充電電池的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的這些函數(shù)式不限于這種n元多項(xiàng)式。
實(shí)驗(yàn)3(判斷有無(wú)短路)本實(shí)驗(yàn)中，判斷給定的待檢測(cè)充電電池是否短路，以確定本發(fā)明探測(cè)方法的一個(gè)特征的效率，判斷待檢測(cè)充電電池是否短路。
具體地說(shuō)，用直徑14mm，長(zhǎng)50mm的短路的鋰離子充電電池作待檢測(cè)充電電池，用CCCV充電法充電待檢測(cè)充電電池時(shí)，獲得充電電流曲線(xiàn)<i>和電池電壓曲線(xiàn)<ii>，和暫停時(shí)的開(kāi)路電壓隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)圖<iii>。
待檢測(cè)充電電池的測(cè)試數(shù)據(jù)與作為待檢測(cè)充電電池的參考標(biāo)準(zhǔn)的不短路的直徑為14mm，長(zhǎng)50mm的常規(guī)鋰離子充電電池的預(yù)先獲得的測(cè)試數(shù)據(jù)中的<i>至<iii>項(xiàng)進(jìn)行對(duì)比。
圖12(1)是用CCCV充電法充電常規(guī)的充電電池(a)和短路的待檢測(cè)充電電池(b)時(shí)的充電電流值隨充電時(shí)間變化的曲線(xiàn)圖。
圖12(2)是用CCCV充電法充電常規(guī)的充電電池(a)和短路的待檢測(cè)充電電池(b)時(shí)的充電電壓值隨充電時(shí)間變化的曲線(xiàn)圖。
圖12(1)中，注意恒壓充電模式中的充電電流值，應(yīng)了解以下事實(shí)。即，常規(guī)的充電電池的充電電流值隨充電時(shí)間的延長(zhǎng)而減小，充電時(shí)間達(dá)到3小時(shí)時(shí)，充電電流停止流動(dòng)，并轉(zhuǎn)變成D。另一方面，待檢測(cè)充電電池的充電電流隨充電時(shí)間過(guò)去不會(huì)減小到常規(guī)的充電電池的充電電流的減小程度，充電電流值也不會(huì)變成D。而且，所觀(guān)察的幾個(gè)點(diǎn)的充電電流隨充電時(shí)間的變化ΔI/Δt是正值。
從圖12(2)得知以下事實(shí)。既，常規(guī)的充電電池轉(zhuǎn)換到恒壓充電模式所需的時(shí)間較短。另一方面，待檢測(cè)充電電池轉(zhuǎn)換到恒壓充電模式所需的時(shí)間較長(zhǎng)，電池電壓增大慢，所觀(guān)察的幾個(gè)點(diǎn)的充電電流值隨充電時(shí)間的變化ΔI/Δt變?yōu)樨?fù)值。
圖12(3)是常規(guī)的充電電池(a)和短路的充電電池用CCCV充電法充電并保持在既不充電也不放電的暫停狀態(tài)下的開(kāi)路電壓隨暫停時(shí)間變化的曲線(xiàn)圖。
從圖12(3)應(yīng)了解以下事實(shí)。即，常規(guī)的充電電池的開(kāi)路電壓隨暫停時(shí)間延長(zhǎng)而大致不變。另一方面，待檢測(cè)充電電池的開(kāi)路電壓隨暫停狀態(tài)時(shí)間延長(zhǎng)而減小。
從以上結(jié)果得知，本發(fā)明的探測(cè)方法能有效判斷待檢測(cè)充電電池是否短路。
以下，參見(jiàn)實(shí)例描述本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)了解，這些實(shí)例只是為了說(shuō)明發(fā)明，不限制本發(fā)明范圍。
例1本例中，按以下方式檢驗(yàn)本發(fā)明探測(cè)方法的效率，即，首先用本發(fā)明探測(cè)方法評(píng)估待檢測(cè)充電電池因重復(fù)充電-和-放電循環(huán)引起的能存儲(chǔ)的電容量變劣情況，之后，經(jīng)過(guò)比較后，從實(shí)際的放電量得出能存儲(chǔ)的電容量。更具體地說(shuō)，按圖1所示流程，進(jìn)行至步驟10的處理，獲得能存儲(chǔ)的電容量比。此后，測(cè)試實(shí)際的放電量。
具體地說(shuō)，提供兩個(gè)17mm，長(zhǎng)67mm，額定電容量1300mAh的市售的鋰離子充電電池(a)和(b)。
兩個(gè)電池中的電池(a)從開(kāi)路電壓隨時(shí)間的變化量確定它不短路。
之后，用CCCV充電法充電電池(a)，充電電池按1A的恒流值至電池電壓達(dá)到4.2V為止，之后，按4.2V的恒壓充電至總充電時(shí)間達(dá)2.5小時(shí)為止，其中，測(cè)試從轉(zhuǎn)換到按4.2V的恒壓充電至充電電流值變成0.5A時(shí)所用的時(shí)間tM，和用4.2V的恒壓充電的充電量Q。這里，從恒壓充電模式中的電流值隨時(shí)間的變化判定充電電池(a)不短路。
之后，充電電池(a)按0.13A的恒流值放電至電池電壓達(dá)到2.75V為止，測(cè)這時(shí)充電電池的充電量。發(fā)現(xiàn)充電量為1303.5mAh，它與額定電容量值大致相同。因此可以認(rèn)為，1303.5mAh的充電量是充電電池(a)的能存儲(chǔ)的電容量，充電電池(a)屬于常規(guī)的充電電池。上述的時(shí)間周期tM是755秒，上述的充電量Qcv是339.9mAh。
現(xiàn)在，充電電池(b)進(jìn)行充電-和-放電循環(huán)測(cè)試。具體地說(shuō)，第1步驟，充電電池用CCCV充電法充電，按恒流值1A充電至電池電壓達(dá)到4.2V之后，充電電池按4.2V恒壓充電至總充電時(shí)間達(dá)2.5小時(shí)為止；第2步驟，充電電池按恒流值0.65A放電至電池電壓達(dá)到2.75V，并重復(fù)200次。經(jīng)這樣循環(huán)而變劣的充電電池(b)作為待檢測(cè)充電電池(b′)，用于探測(cè)能存儲(chǔ)的電容量。
從開(kāi)路電壓隨時(shí)間的變化量證實(shí)待檢測(cè)充電電池(b′)不短路。之后，對(duì)待檢測(cè)充電電池(b′)進(jìn)行以下處理，算出待檢測(cè)充電電池(b′)的能存儲(chǔ)的電容量與充電電池的能存儲(chǔ)的電容量之比。
具體地說(shuō)，用CCCV充電法充電待檢測(cè)充電電池(b′)，充電電池按恒流值1A充電至電池電壓達(dá)到4.2V位置，之后，按恒壓4.2V充電至總充電時(shí)間達(dá)到2.5小時(shí)為止，測(cè)試從轉(zhuǎn)換至按4.2V的恒壓充電至充電電流值達(dá)到0.5A時(shí)所用時(shí)間tM′，和用4.2V的恒壓充電的充電量Qcv′。從所述公式(1)算出待檢測(cè)充電電池(b′)與上述的前面已證明是常規(guī)的充電電池(a)之間的能存儲(chǔ)的電容量之比D。
這里，上述的時(shí)間周期tM′是2341秒，上述的充電量Qcv′是754.9mAh。從恒壓充電模式中的電流值隨時(shí)間的變化證實(shí)待檢測(cè)充電電池(b′)不短路。
之后，待檢測(cè)充電電池(b′)按恒流值0.13A(大致相當(dāng)于0.1C)放電至電池電壓達(dá)到2.75V為止，測(cè)這時(shí)的待檢測(cè)充電電池的放電量。得到的放電量認(rèn)為是待檢測(cè)充電電池(b′)的能存儲(chǔ)的電量。發(fā)現(xiàn)放電量是1015.4mAh。
以上獲得的結(jié)果匯集在表1中。
待檢測(cè)充電電池(b′)與常規(guī)的充電電池(a)的能存儲(chǔ)的電容量之比D用下式(1)表示。
D＝(Qcv′-I0×tM′)/(Qcv-I0×tM)……(1)式(1)中I0＝1A，tM是常規(guī)的充電電池(a)從轉(zhuǎn)換到按4.2V的恒壓充電至充電電流值變成0.5A時(shí)用的時(shí)間周期，tM′是待檢測(cè)充電電池(b′)從轉(zhuǎn)換到按42V的恒壓充電至充電電流值變成0.5A時(shí)用的時(shí)間周期，Qcv和Qcv′分別是常規(guī)的充電電池(a)和待檢測(cè)充電電池(b′)用4.2V的恒壓充電時(shí)的充電量。
從表1所列結(jié)果，用下式能算出能存儲(chǔ)的電容量的測(cè)試值與計(jì)算值之間的誤差。
{
/0.779}×100％＝2.5％即，上述誤差為2.5％。
如上所述，由于能算出給的待檢測(cè)充電電池與能作為它的參考標(biāo)準(zhǔn)的相應(yīng)的常規(guī)的充電電池的能存儲(chǔ)的電容量之比D值，當(dāng)預(yù)先知道常規(guī)的充電電池的額定電容量時(shí)，從D值很容易算出能存儲(chǔ)的電容量。
從上面的描述得知，按本發(fā)明的探測(cè)方法，充電電池不經(jīng)過(guò)放電，從CCCV充電法的恒壓充電區(qū)中充電電流的測(cè)試值，容易很準(zhǔn)確地算出其能存儲(chǔ)的電容量未知的充電電池的能存儲(chǔ)的電容量。
例2本例是例1的延續(xù)。更具體地說(shuō)，用充電電池(a)作常規(guī)的充電電池，經(jīng)充-放電循環(huán)變劣的充電電池(b′)作待檢測(cè)充電電池，進(jìn)行圖1所示流程中的步驟11的處理，用預(yù)先獲得的常規(guī)的充電電池(a)的基本數(shù)據(jù)，和待檢測(cè)充電電池(b′)的CCCV充電法充電時(shí)恒壓充電模式中充電電流值的測(cè)試數(shù)據(jù)，能得到關(guān)于待檢測(cè)充電電池(b′)的內(nèi)阻信息。評(píng)估高放電電流值IC下的待檢測(cè)充電電池(b′)的放電量，所評(píng)估的放電量與它的實(shí)際放電量對(duì)比。
按下述方式評(píng)估放電量。
從下式得出常規(guī)的充電電池(a)從按恒流值I0的恒流充電轉(zhuǎn)換到按恒壓Vmax的恒壓充電時(shí)的存儲(chǔ)電量Q。
＝[額定電容量]-[恒壓充電中的充電量Qcv]。
這里，當(dāng)用從完全充電按恒流值0.13A放電時(shí)的總放電量代替[額定電容量]，也能得出存儲(chǔ)電量Q。
從下式(2)能得出待檢測(cè)充電電池從恒流值I0的恒流充電轉(zhuǎn)換到按恒壓Vmax的恒壓充電時(shí)的存儲(chǔ)電量Q0′。
Q0′/D＝Q0″＝Q0-I0×(tM′/D-tM)……(2)tM和tM′分別是常規(guī)的充電電池(a)和待檢測(cè)充電電池(b′)轉(zhuǎn)換到按4.2V的恒壓充電至充電流值變成0.5A所用的時(shí)間，如例1所述。
預(yù)先得出常規(guī)的充電電池(a)的恒流充電區(qū)中的開(kāi)路電壓VOC與存儲(chǔ)電量Q的關(guān)系的近似曲線(xiàn)的函數(shù)式VOC(Q)，電池電壓VI0與存儲(chǔ)量Q的關(guān)系的函數(shù)式VI0(Q)，和按1.3A放電電流值放電時(shí)的內(nèi)阻RId與存儲(chǔ)電量Q的關(guān)系函數(shù)式RId(Q)。
而且，由下式(3)得出待檢測(cè)充電電池(b′)的內(nèi)阻RI0′與常規(guī)的充電電池(a)的內(nèi)阻RI0之比γ。γ＝RI0′(Q″)/RI0(Q0″)＝{Vmax-VOC(Q″)}/{I0×RI0(Q)}…(3)式(3)中Vmax＝4.2V，Io＝1A用預(yù)先獲得的關(guān)于放電時(shí)的開(kāi)路電壓VOC和內(nèi)阻RId與存儲(chǔ)電量Q的下述函數(shù)式VOC(Q)和RId(Q)表示按1.3A電流值放電是的常規(guī)的充電電池(a)的電池電壓Vd(Q)Vd(Q)＝VOC(Q)-Id×RId(Q)這里，按Id＝1.3A放電時(shí)的電池電壓變成2.75V時(shí)(這時(shí)電池電壓突然減小)，建立了下式2.75V＝VOC(Q)-1.3A×Rd(Q)用該式能算出這時(shí)的存儲(chǔ)電量Q。用下式能算出至電池電壓變成2.75V時(shí)的放電量。
＝[額定電容量]-[存儲(chǔ)電量]這里的額定電容量可用按0.13A放電電流放電時(shí)的總放電量代替。
假設(shè)待檢測(cè)充電電池(b′)的能存儲(chǔ)的電容量不減小，[以下把該待檢測(cè)充電電池叫做“待檢測(cè)充電電池(b″)]，它的電池電壓Vd′(Q)可用關(guān)于放電時(shí)常規(guī)的充電電池(a)的開(kāi)路電壓VOC(Q)和待檢測(cè)充電電池的內(nèi)阻RId′的下式表示。
Vd′(Q)＝VOC(Q)-Id×RId′(Q)假設(shè)關(guān)于內(nèi)阻的所述比r在放電時(shí)也不變，建立了下式RId′(Q)＝γ×RId(Q)，和Vd′(Q)＝VOC(Q)-Id×γ×RId(Q)在放電電流值Id＝1.3A時(shí)電池電壓值變成2.75V時(shí)，建立下式2.75＝VOC(Q′)-1.3×γ×Rd(Q′)用該式能算出此時(shí)的待檢測(cè)充電電池(b″)的存儲(chǔ)電量。用下式能算出電池電壓變成2.75V時(shí)待檢測(cè)充電電池(b″)的放電量。
＝[額定電容量]-[存儲(chǔ)電容量]但是，事實(shí)上，待檢測(cè)充電電池(b′)的能存儲(chǔ)的電容量減小，因此它的能存儲(chǔ)的電容量是，正如預(yù)先算出的常規(guī)的充電電池(a)的能存儲(chǔ)的電容量的D倍。待檢測(cè)充電電池(b′)在1.3A放電電流值的放電量估計(jì)是待檢測(cè)充電電池(b″)在放電電流值1.3A下的放電量的D倍。
現(xiàn)在，測(cè)待檢測(cè)充電電池(b′)在1.3A放電電流值時(shí)的實(shí)際放電量，并對(duì)比測(cè)到的放電量和估計(jì)的放電量。
以上獲得的結(jié)果匯集在表2中。
從表2所列結(jié)果用下式算出測(cè)試的放電量與估計(jì)的放電量之間的誤差。
{[測(cè)到的放電量]-[估計(jì)的放電量]/[測(cè)到的放電量]}×100％，即{(945-919)/919}×100％＝2.8％即，上述誤差為2.8％。
由此得知以下事實(shí)。按本發(fā)明的探測(cè)方法，能按規(guī)定的高精度得到關(guān)于待檢測(cè)充電電池內(nèi)阻的內(nèi)部信息。從獲得的關(guān)于內(nèi)阻的內(nèi)部信息，能估計(jì)出待檢測(cè)充電電池的放電量。
用與上述方式不同的下述方式能得到關(guān)于待檢測(cè)充電電池的內(nèi)阻的內(nèi)部信息。
已獲得如所述公式(7)的作為待檢測(cè)充電電池的參考標(biāo)準(zhǔn)的相應(yīng)的常規(guī)的充電電池串聯(lián)有電阻器時(shí)的恒壓充電曲線(xiàn)的情況下，能從公式(7)得到待檢測(cè)充電電池的內(nèi)阻。更具體地說(shuō)，例1中參考常規(guī)的充電電池(a)和待檢測(cè)充電電池(b′)的描述，從能存儲(chǔ)的電容量減小系數(shù)D和tM′獲得tM′/D＝(tM″)的值，和當(dāng)達(dá)到待檢測(cè)充電電池(b′)的恒流充電的電流值的1/2時(shí)用的時(shí)間tM′代入公式(7)的時(shí)間t中，獲得的電流值相當(dāng)于恒流充電中的電流值的1/2，即0.5A。因此，電阻值rs相當(dāng)于從常規(guī)的充電電池(a)算出的電阻增大值。這里，已預(yù)先獲得了常規(guī)的充電電池內(nèi)阻值R0，待檢測(cè)充電電池(b′)的內(nèi)阻值變成R0+rs。因此，能得到關(guān)于待檢測(cè)充電電池的內(nèi)阻信息。
例3本例中，除下述點(diǎn)外，重復(fù)例1的處理。
充電電池(b)在70℃的大氣中保持一個(gè)星期使其變劣。該已變劣的充電電池作為待檢測(cè)充電電池(C)。
從開(kāi)路電壓隨時(shí)間的變化量證實(shí)待檢測(cè)充電電池(C)不短路。待檢測(cè)充電電池(C)用CCCV充電法充電，電池按恒流值1A充電至電池電壓達(dá)到4.2V為止。之后，按恒壓值4.2V充電至總充電時(shí)間達(dá)2.5小時(shí)為止。測(cè)從轉(zhuǎn)換到按4.2V的恒壓充電至充電電流值變成0.5A所用的時(shí)間tM′，和按4.2V恒壓充電的充電量Qcv′。
從恒壓充電模式中的電流值隨時(shí)間的變化能證實(shí)待檢測(cè)充電電池(C)不短路。
之后，在例1中常規(guī)的充電電池(a)的測(cè)試值的基礎(chǔ)上，算出待檢測(cè)充電電池(C)與常規(guī)的充電電池(a)的能存儲(chǔ)的電容量的減小之比。
之后，待檢測(cè)充電電池(C)按0.13A的恒流值放電至電池電壓達(dá)到2.75V為止，測(cè)這時(shí)的待檢測(cè)充電電池的充電量。得到的充電量是待檢測(cè)充電電池(C)的能存儲(chǔ)的電容量。
以上獲得的結(jié)果匯集在表3中。
從表3所列的結(jié)果，用下式算出能存儲(chǔ)的電容量比的測(cè)試值與計(jì)算值之間的誤差。{
/0.987}×100％＝1.8％即，上述的誤差是1.8％按本發(fā)明的探測(cè)方法，從計(jì)算的D值(見(jiàn)例1)，當(dāng)預(yù)先知道作為待檢測(cè)充電電池的參考標(biāo)準(zhǔn)的相應(yīng)的常規(guī)的充電電池的額定電容量時(shí)，能算出給定的待檢測(cè)充電電池的能存儲(chǔ)的電容量。而見(jiàn)，按本發(fā)明的探測(cè)方法，充電電池不經(jīng)過(guò)放電，從CCCV充電法充電的恒壓充電后的充電電流測(cè)試值，能很容易地高精度的算出其能存儲(chǔ)的電容量不知道的充電電池的能存儲(chǔ)的電容量。
例4本例中用例3中的待檢測(cè)充電電池(C)，按與例2相同的方式，獲得關(guān)于內(nèi)阻的內(nèi)部信息，并估計(jì)按恒定放電電流1C(即1.3A)放電的待檢測(cè)充電電池的放電量。待檢測(cè)充電電池的估計(jì)的放電量與測(cè)到的放電量比較。
本例中獲得的結(jié)果匯集在表4中。
從表4中所列的結(jié)果，用下式能算出待檢測(cè)充電電池的估計(jì)的放電量與測(cè)試的放電量之間的誤差。
{([估計(jì)的放電量]-[測(cè)試的放電量])/[估計(jì)的放電量]}×100％，即，{(1246-1234)/1246}×100％＝1.0％，即上述誤差為1.0％，由此得知按本發(fā)明探測(cè)方法，能高精度地獲得關(guān)于待檢測(cè)充電電池內(nèi)阻的內(nèi)部信息，和從關(guān)于內(nèi)阻的信息能高精度地估計(jì)待檢測(cè)充電電池的放電量。
從例1至4中的估計(jì)結(jié)果得知以下事實(shí)。即，按本發(fā)明的探測(cè)方法，很容易獲得關(guān)于給定的待檢測(cè)充電電池的能存儲(chǔ)的電容量和內(nèi)阻的內(nèi)部信息。由此，能高精度估計(jì)待檢測(cè)充電電池的實(shí)際放電量和剩余壽命。而且，通過(guò)高精度估計(jì)待檢測(cè)充電電池的能存儲(chǔ)的電容量或放電量，能準(zhǔn)確探測(cè)用待檢測(cè)充電電池作電源的儀器的剩余的有效運(yùn)行的時(shí)間。
而且，例1至4中用一種市售的鋰離子充電電池，但不限于此。但其它任何種類(lèi)和類(lèi)型的充電電池只要可用CCCV充電法充電都可用本發(fā)明探測(cè)方法探測(cè)它們的內(nèi)部信息。而且，例1至4已描述了單個(gè)電池的內(nèi)部信息探測(cè)。但不限于此。而且對(duì)其中有多了串聯(lián)連接，并聯(lián)連接，或串并聯(lián)連接的電池芯的各種電池組件，也可用按本發(fā)明探測(cè)方法，在預(yù)先獲得的作為其參考標(biāo)準(zhǔn)的相應(yīng)的常規(guī)的電池組件的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，探測(cè)這些電池組件的內(nèi)部信息。
從上述的詳細(xì)內(nèi)容得知，按本發(fā)明探測(cè)方法，通過(guò)測(cè)試CCCV充電法中恒壓充電模式中的充電電量值，能以簡(jiǎn)單方式高精度探測(cè)給定的能檢測(cè)的再充電電池的內(nèi)部信息。并且，通過(guò)電池內(nèi)部信息的這種探測(cè)，很容易控制以充電電池作電源包括機(jī)械設(shè)備的儀器的電源，和儀器的剩余的有效運(yùn)行時(shí)間，容易預(yù)先發(fā)現(xiàn)充電時(shí)間和需要更換電池的時(shí)間。因此，在電池組件、充電器，或其中以開(kāi)充電電池作電源包括機(jī)械設(shè)備的儀器上加上其中用本發(fā)明探測(cè)方法用于探測(cè)充電電池的內(nèi)部信息的本發(fā)明的探測(cè)設(shè)備，不僅能使充電電池的性能達(dá)到最好，也能使這種儀器的性能達(dá)到最好。而且，在探測(cè)儀器上加上本發(fā)明的探測(cè)設(shè)備，可以在儀器運(yùn)輸之前檢測(cè)再充電電池是否是好的或有缺陷的，以能高質(zhì)量的運(yùn)輸檢測(cè)儀器。
表1

表2

表3

表4

權(quán)利要求
1.一種探測(cè)待檢測(cè)充電電池內(nèi)部信息的探測(cè)方法，該待檢測(cè)充電電池用恒流恒壓充電法充電，其中，按恒流值Io開(kāi)始充電，所述的充電電池的電池電壓達(dá)到給定電壓值Vmax后，按恒壓Vmax充電至充電終止，所述探測(cè)方法至少包括步驟(A)，測(cè)量從按恒流值Io的恒流充電模式轉(zhuǎn)換至按恒壓Vmax的恒壓充電模式所用的時(shí)間(t)，和測(cè)試恒壓充電模式中的充電電流值I；步驟(B)，獲得從轉(zhuǎn)換到恒壓充電模式中的恒壓充電至所述恒壓充電模式中的充電電流值達(dá)到給定電流值Im所用的時(shí)間周期；和步驟(C)，獲得關(guān)于待檢測(cè)充電電池在恒壓充電模式中的充電量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的探測(cè)方法，還包括步驟(D)，即用CCCV充電法充電常規(guī)的充電電池時(shí)，參考作為待檢測(cè)充電電池的參考標(biāo)準(zhǔn)的恒壓充電模式中的相應(yīng)的常規(guī)的充電電池的充電電流特性，所述充電電流特性包括充電電流值IN與恒壓充電時(shí)間t的關(guān)系IN(t)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的探測(cè)方法，其中，探測(cè)的內(nèi)部信息包括待檢測(cè)充電電池有無(wú)短路，能存儲(chǔ)的電容量，內(nèi)阻，充電量，剩余容量(＝現(xiàn)有的存儲(chǔ)電量＝能放電的容量)，具有它待檢測(cè)充電電池仍能使用的現(xiàn)有的殘余電量，和上述這些信息的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的探測(cè)方法，其中，充電電流值為正值時(shí)，恒壓充電模式的充電時(shí)間變成無(wú)限大時(shí)，判定待檢測(cè)充電電池短路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的探測(cè)方法，其中，充電電流值收斂成大致為D時(shí)，恒壓充電模式中的充電時(shí)間變成無(wú)限大時(shí)，判定待檢測(cè)充電電池不短路。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的探測(cè)方法，其中，從恒壓充電模式中充電電流值的變化，能算出充電時(shí)間無(wú)限延長(zhǎng)時(shí)的充電電流值的收斂值。
7.根據(jù)權(quán)利要求2的探測(cè)方法，其中，關(guān)系式IN(t)包括預(yù)先測(cè)到的常規(guī)的充電電池的數(shù)據(jù)、從所述測(cè)試數(shù)據(jù)得到的函數(shù)式、根據(jù)用計(jì)算機(jī)模擬方式獲得的所述測(cè)試數(shù)據(jù)的函數(shù)式。
8.根據(jù)權(quán)利要求1和2的探測(cè)方法。其中，當(dāng)恒壓充電模式中的充電電流值變成小于給定電流值Imin時(shí)，或給定的時(shí)間周期tf是從充電開(kāi)始所經(jīng)過(guò)的時(shí)間周期時(shí)，充電終止。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2的探測(cè)方法，還包括步驟(E)，判斷待檢測(cè)充電電池是否短路。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的探測(cè)方法，其中，恒壓充電模式中的充電量是直到充電終止時(shí)的充電量，或直到電流值變成基本上為0時(shí)的充電量。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的探測(cè)方法，其中，直到電流值變成大致為0時(shí)的充電量是從恒壓充電模式中的充電電流值中的變化外推的值，或是從所述充電電流值變化算出的值。
12.根據(jù)權(quán)利要求2的探測(cè)方法，其中，待檢測(cè)充電電池是不短路的待檢測(cè)充電電池；當(dāng)關(guān)于待檢測(cè)充電電池和關(guān)于常規(guī)的充電電池從按恒流值Io充電轉(zhuǎn)換到按恒壓Vmax充電至充電電流值變成給定的電流值IM所用的時(shí)間周期分別是tM′和tM時(shí)；對(duì)待檢測(cè)充電電池的判斷如下(i)(tM′-tM)＞a＞0時(shí)，a是由充電電池的種類(lèi)確定的常數(shù)，待檢測(cè)充電電池的內(nèi)阻大于常規(guī)的充電電池的內(nèi)阻，和(ii)(tM′-tM)＞b＞0時(shí)，b是由充電電池的種類(lèi)確定的常數(shù)，待檢測(cè)充電電池的能存儲(chǔ)的電容量小于常規(guī)的充電電池的能存儲(chǔ)的電容量。
13.根據(jù)權(quán)利要求2的探測(cè)方法，其中，待檢測(cè)充電電池是不短路的待檢測(cè)充電電池；當(dāng)待檢測(cè)充電電池和常規(guī)的充電電池按恒壓Vmax的恒壓充電模式中的充電量分別是QCV′和QCV時(shí)，對(duì)待檢測(cè)充電電池判斷如下(iii)(QCV′-QCV)＞c＞0時(shí)，c是由充電電池的種類(lèi)確定的常數(shù)，待檢測(cè)充電電池的內(nèi)阻大于常規(guī)的充電電池的內(nèi)阻，和(iv)(QCV-QCV′)＞d＞0時(shí)，d是由充電電池的種類(lèi)確定的常數(shù)，待檢測(cè)充電電池的能存儲(chǔ)的電容量小于常規(guī)的充電電池的能存儲(chǔ)的電容量。
14.根據(jù)權(quán)利要求2的探測(cè)方法，其中，待檢測(cè)充電電池是不短路的，它的能存儲(chǔ)的電容量假設(shè)減小常規(guī)的充電電池的能存儲(chǔ)的電容量的D倍，D是0＜D≤1的常數(shù)；當(dāng)待檢測(cè)充電電池和常規(guī)充電電池，從按恒壓值Io的恒流充電轉(zhuǎn)換到按恒壓Vmax充電到電流值達(dá)到給定電流值IM所用的時(shí)間周期分別是tM′和tM，和按恒壓Vmax的恒壓充電模式中的充電量分別是QCV′和QCV時(shí)；從下式(1)判定待檢測(cè)充電電池的能存儲(chǔ)的電容量是常規(guī)的充電電池的能存儲(chǔ)的電容量的D倍，D＝(QCV′-Io×tM′)/(QCV-Io×tM)……(1)
15.根據(jù)權(quán)利要求14的探測(cè)方法，其中，從常規(guī)的充電電池的能存儲(chǔ)的電容量C，算出待檢測(cè)充電電池的能存儲(chǔ)的電容量C′＝C×D。
16.根據(jù)權(quán)利要求9的探測(cè)方法，其中，當(dāng)所述充電電池充電，放電，或既不充電也不放電的暫停狀態(tài)時(shí)，探測(cè)電池的內(nèi)部狀態(tài)，能判定待檢測(cè)充電電池是否短路。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的探測(cè)方法，其中，通過(guò)參考選自下列因素中的至少一種因素判定待檢測(cè)充電電池是否短路，所述的因素包括恒流充電模式中電池電壓的增大速率、恒壓充電模式中的充電電流的減小速率、放電時(shí)的電池電壓減小速率、和暫停時(shí)開(kāi)路電壓的變化量。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的探測(cè)方法，其中，在從按恒流值Io的充電轉(zhuǎn)換到按恒壓Vmax的充電的轉(zhuǎn)換時(shí)間的基礎(chǔ)上，關(guān)于所述轉(zhuǎn)換時(shí)間前的早期階段，在時(shí)間tcc的恒流充電模式中電池電壓Vcc隨時(shí)間(t)的增大速率ΔVcc/Δt而言，待檢測(cè)充電電池的ΔVcc/Δt與常規(guī)的充電電池的ΔVcc/Δt對(duì)比；(v)當(dāng)待檢測(cè)充電電池的所述增大速率大于常規(guī)的充電電池的增大速率時(shí)，判定待檢測(cè)充電電池的內(nèi)阻增大或能存儲(chǔ)的電容量減??；和(vi)當(dāng)待檢測(cè)充電電池的所述增大速率小于所述常規(guī)的充電電池的所述增大速率時(shí)，判定待檢測(cè)充電電池的內(nèi)阻減小，或短路。
19.根據(jù)權(quán)利要求1的探測(cè)方法，其中，給定電流值IM范圍是恒流充電時(shí)的電流值Io的0.4到0.6倍之間，即0.4×Io≤IM≤0.6×Io。
20.根據(jù)權(quán)利要求1的探測(cè)方法，其中，所述的給定電流值IM是恒流充電時(shí)的電流值Io的1/2即IM＝0.5×Io
21.根據(jù)權(quán)利要求2的探測(cè)方法，其中，待檢測(cè)充電電池的能存儲(chǔ)的電容量是常規(guī)的充電電池的能存儲(chǔ)的電容量的D倍，當(dāng)從按恒流值Io的恒流充電轉(zhuǎn)移到按恒壓Vmax的恒壓充電時(shí)，待檢測(cè)充電電池和常規(guī)的充電電池的存儲(chǔ)電量分別是Qo′和Qo，所用的時(shí)間周期分別是tM′和tM；從下式<2>得出Qo″＝Qo′/D，Qo″＝Qo-Io×(tM′/D-tM)……<2>從常規(guī)的充電電池的存儲(chǔ)電量Q和開(kāi)路電壓Voc的關(guān)系式Voc(Q)，還從按恒流Io的恒流充電模式中常規(guī)的充電電池的內(nèi)阻與所述存儲(chǔ)電量Q的關(guān)系式RI0(Q)，當(dāng)待檢測(cè)充電電池的存儲(chǔ)電量是Qo″時(shí)，得到常規(guī)的充電電池的開(kāi)路電壓Voc和內(nèi)阻RI0與存儲(chǔ)電量Qo″的關(guān)系式分別是Voc(Qo″)和RIO(Qo″)，如果待檢測(cè)充電電池的內(nèi)阻與存儲(chǔ)電量Qo″的關(guān)系式是RI0′(Qo″)；從下式<3>能探測(cè)出關(guān)于待檢測(cè)充電電池內(nèi)阻的內(nèi)部信息。RI0′(Qo″)/RI0(Qo″)＝{Vmax-Voc(Qo″)}/{Io(Qo″)×RI0(Qo″)}……<3>
22.根據(jù)權(quán)利要求21的探測(cè)方法，其中，所述的常規(guī)的充電電池的關(guān)系式Voc(Q)和RI0(Q)是選自預(yù)先測(cè)到的常規(guī)的充電電池的數(shù)據(jù)，從所述數(shù)據(jù)得到的關(guān)系式，和用計(jì)算機(jī)模擬方式在所述測(cè)試數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上獲得的關(guān)系式。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的探測(cè)方法，其中，所述測(cè)試數(shù)據(jù)是從同類(lèi)型和同種類(lèi)的多個(gè)充電電池的測(cè)試數(shù)據(jù)平均得到的平均數(shù)據(jù)。
24.根據(jù)權(quán)利要求14的探測(cè)方法，其中，判定待檢測(cè)充電電池的能存儲(chǔ)的電容量是常規(guī)的充電電池的能存儲(chǔ)的電容量的D倍后，假設(shè)由常規(guī)的充電電池的能存儲(chǔ)的電容量CN放電電流i和溫度T確定的校正系數(shù)f(i，T)，把常規(guī)的充電電池的總放電量Cd表示成Cd＝CN×f(i，T)，待檢測(cè)充電電池的總放電量Cd′表示成Cd′＝D×CN×f(i，T)。當(dāng)儀器中用充電電池作電源時(shí)，儀器的平均消耗電流是i和平均消耗功率是p；待檢測(cè)充電電池的平均電池電壓是VM，按以下公式能算出儀器剩余的有效運(yùn)行時(shí)間h，h＝(D×Cd)/i，或，h＝(VM×D×Cd)/p。
25.根據(jù)權(quán)利要求21的探測(cè)方法，其中，假設(shè)由常規(guī)的充電電池的能存儲(chǔ)的電量CN，放電電流i和溫度T確定的校正系數(shù)f(i，T)，從作為關(guān)于由權(quán)利要求21中的公式(3)獲得的內(nèi)阻的內(nèi)部信息的與RI0′(QO′)/RI0(QO′)成正比的校正系數(shù)r，把待檢測(cè)充電電池的總放電量Cd′表示成Cd′＝(1/r)×(D×CN)×f(i，T)＝(Vr)×D×Cd，當(dāng)儀器中充電電池作電源時(shí)，儀器的平均消耗電流是i，平均消耗功率是p，待檢測(cè)充電電池的平均電池電壓是Vm，按下式算出儀器的剩余的有效運(yùn)行時(shí)間h，h＝(1/r)×(D×Cd)/i，或，h＝(1/r)×(Vm×D×Cd)/p.式中Cd＝CN×f(i，T)。
26.根據(jù)權(quán)利要求24或25的探測(cè)方法，其中，能選擇使用由充電電流i和溫度T確定的校正系數(shù)f(i，T)，用常規(guī)的充電電池預(yù)先獲得的測(cè)試數(shù)據(jù)，在所述數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上獲得的函數(shù)式，關(guān)于用計(jì)算機(jī)模擬方式獲得的充電特性的數(shù)據(jù)或函數(shù)式。
27.根據(jù)權(quán)利要求14的探測(cè)方法，其中，當(dāng)待檢測(cè)充電電池的D值小于給定值時(shí)，判定待檢測(cè)充電電池的壽命終止。
28.根據(jù)權(quán)利要求1的探測(cè)方法，其中，充電電池是用鋰氧化還原反應(yīng)的能再充電的鋰電池。
29.一種探測(cè)充電電池內(nèi)部信息的探測(cè)設(shè)備，用CCCV充電法充電待檢測(cè)充電電池時(shí)，其中，按恒流值Io開(kāi)始充電，電池電壓達(dá)到給定電壓值Vmax后，按恒壓Vmax充電直至充電終止為止，所述探測(cè)設(shè)備至少包括電流測(cè)試裝置，用CCCV充電法充電待檢測(cè)充電電池時(shí)，用于測(cè)試充電電流值I；時(shí)間測(cè)試裝置，用于測(cè)試從按恒流值Io的恒流充電轉(zhuǎn)換到按恒壓Vmax的恒壓充電模式所用的時(shí)間(t)；和充電電量獲取裝置，用于獲取恒定電后充電模式充電的充電量。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的探測(cè)設(shè)備，其中，所述充電電量獲取裝置包括計(jì)算裝置，它用運(yùn)算操作獲取所述充電量。
31.根據(jù)權(quán)利要求30的探測(cè)設(shè)備，其中，所述計(jì)算裝置用所述充電電流值I和/或時(shí)間周期(t)進(jìn)行計(jì)算。
32.根據(jù)權(quán)利要求29的探測(cè)設(shè)備，還包括存儲(chǔ)裝置。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的探測(cè)設(shè)備，其中，所述存儲(chǔ)裝置中存儲(chǔ)有作為所述待檢測(cè)充電電池的參考標(biāo)準(zhǔn)的常規(guī)的充電電池的特性信息。
34.一種探測(cè)充電電池內(nèi)部信息的探測(cè)設(shè)備，用CCCV充電法充電待檢測(cè)充電電池時(shí)，其中，按恒流值Io開(kāi)始充電，電池電壓達(dá)到給定電壓值Vmax后，按恒壓Vmax充電直至充電終止為止，所述探測(cè)設(shè)備至少包括電流測(cè)試裝置，用CCCV充電法充電待檢測(cè)充電電池時(shí)，用于測(cè)試充電電流值I；時(shí)間測(cè)試裝置，用于測(cè)試從按恒流值Io的恒流充電轉(zhuǎn)換到按恒壓Vmax的恒壓充電模式所用的時(shí)間(t)；時(shí)間測(cè)試裝置，用于測(cè)試恒壓充電模式中的充電電流值變成給定電流值IM時(shí)用的時(shí)間(tM′)；充電量測(cè)試裝置用于測(cè)試恒壓充電模式中的充電量Qcv′；存儲(chǔ)裝置，用CCCV充電法充電常規(guī)的充電電池時(shí)，它存儲(chǔ)有作為待檢測(cè)充電電池的參考標(biāo)準(zhǔn)的相應(yīng)的常規(guī)的充電電池的能存儲(chǔ)的電容量CN和內(nèi)部信息，所述內(nèi)部信息包括恒壓充電模式中的充電電流值變成給定電流值IM時(shí)所用的時(shí)間(tM)，和恒壓充電模式中的充電量Qcv；計(jì)算裝置，它從存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)裝置中的常規(guī)的充電電池的所述CN，tM和Qcv，和從待檢測(cè)充電電池探測(cè)到的所述tM′和Qcv′，計(jì)算待檢測(cè)充電電池的能存儲(chǔ)的電容量(CN′)。
35.一種探測(cè)充電電池內(nèi)部信息的探測(cè)設(shè)備，用CCCV充電法充電待檢測(cè)充電電池時(shí)，其中，按恒流值Io開(kāi)始充電，電池電壓達(dá)到給定電壓值Vmax后，按恒壓Vmax充電直至充電終止為止，所述探測(cè)設(shè)備至少包括電流測(cè)試裝置，用CCCV充電法充電待檢測(cè)充電電池時(shí)，用于測(cè)試充電電流值I；時(shí)間測(cè)試裝置，用于測(cè)試從按恒流值Io的恒流充電轉(zhuǎn)換到按恒壓Vmax的恒壓充電模式所用的時(shí)間(t)；時(shí)間測(cè)試裝置，用于測(cè)試恒壓充電模式中的充電電流值變成給定電流值IM時(shí)用的時(shí)間(tM′)；充電量測(cè)試裝置用于測(cè)試恒壓充電模式中的充電量Qcv′；存儲(chǔ)裝置，用CCCV充電法充電常規(guī)的充電電池時(shí)，它存儲(chǔ)有作為待檢測(cè)充電電池的參考標(biāo)準(zhǔn)的相應(yīng)的常規(guī)的充電電池的能存儲(chǔ)的電容量CN和內(nèi)部信息，所述內(nèi)部信息包括恒壓充電模式中的充電電流值變成給定電流值IM時(shí)所用的時(shí)間(tM)，和恒壓充電模式中的充電量Qcv，和存儲(chǔ)裝置。其中還存儲(chǔ)有常規(guī)的充電電池的其它內(nèi)部信息，所述其它內(nèi)部信息包括按恒流值Io的恒流充電模式中，開(kāi)路電壓Voc與存儲(chǔ)電量Q的關(guān)系式Voc(Q)，和內(nèi)阻RI0與存儲(chǔ)電量Q的關(guān)系式RI0(Q)；和計(jì)算裝置，它從待檢測(cè)充電電池所述測(cè)試信息，和關(guān)于常規(guī)的充電電池特性的存儲(chǔ)信息，獲得關(guān)于待檢測(cè)充電電池的能存儲(chǔ)的電容量和內(nèi)阻的內(nèi)部信息。
36.根據(jù)權(quán)利要求35的探測(cè)設(shè)備，其中，常規(guī)的充電電池的所述關(guān)系式Voc(Q)和RI0(Q)包括用常規(guī)的充電電池預(yù)先獲取的數(shù)據(jù)表或函數(shù)式。
37.根據(jù)權(quán)利要求29的探測(cè)設(shè)備，還包括輸出裝置或指示裝置，用于輸出或指示從測(cè)試裝置獲取的信息。和/或關(guān)于獲取的待檢測(cè)充電電池的內(nèi)部信息。
38.一種電池組件，包括一個(gè)以上的充電電池單元，該電池組件具有權(quán)利要求29所述的探測(cè)設(shè)備。
39.根據(jù)權(quán)利要求38的電池組件，其中，電池背面有與儀器的連通裝置，所述儀器中用電池組件作電源。
40.根據(jù)權(quán)利要求38的電池組件，其中，所述電池背面有輸出或指示裝置，用于輸出或指示獲取的關(guān)于待檢測(cè)充電電池的內(nèi)部信息。
41.具有權(quán)利要求29所述的探測(cè)設(shè)備的機(jī)械。
42.根據(jù)權(quán)利要求41的機(jī)械，其中，所述機(jī)械選自下列設(shè)備檢測(cè)設(shè)備，用于檢測(cè)充電電池是好電池或有缺陷的電池；充電器，用于給充電電池充電；便攜式儀器，包括蜂窩電話(huà)。個(gè)人數(shù)字式助理，和便攜式計(jì)算機(jī)；可移動(dòng)物體。包括自行車(chē)，汽車(chē)，輪船，航空器，宇宙飛船。
43.根據(jù)權(quán)利要求41的機(jī)械，其中，所述機(jī)械有輸出或指示裝置，用于輸出或指示從測(cè)試裝置獲取的信息和/或關(guān)于獲取的待檢測(cè)充電電池的內(nèi)部信息。
44.一種充電電池內(nèi)部信息的探測(cè)程序，其特征是，所述程序中存有根據(jù)權(quán)利要求1所述的探測(cè)方法。
45.一種存儲(chǔ)媒體，用于存儲(chǔ)根據(jù)權(quán)利要求1所述的探測(cè)充電電池的內(nèi)部信息的程序。
全文摘要
一種用恒流－恒壓充電法充電待檢測(cè)充電電池時(shí)，探測(cè)待檢測(cè)充電電池的內(nèi)部信息的探測(cè)方法，至少包括步驟(A)，測(cè)試從按恒流I
文檔編號(hào)G01R31/02GK1391305SQ02127570
公開(kāi)日2003年1月15日 申請(qǐng)日期2002年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月29日
發(fā)明者川上總一郎, 出藏靖三郎 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社