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Dokumentenidentifikation DE69904030T2 02.10.2003
EP-Veröffentlichungsnummer 1064690
Titel VERFAHREN ZUR LEISTUNGSSTEIGERUNG VON SMARTBATTERIEN
Anmelder Eveready Battery Co., Inc., Westlake, Ohio, US
Erfinder HUDSON, Richard, Bell, US;
THAYER, Thorfinn, Dripping Springs, US;
BANES, Nate, Gainesville, US;
RAHMAN, Syed, Hillsboro, US;
PRAKASH, Jai, Naperville, US
Vertreter derzeit kein Vertreter bestellt
DE-Aktenzeichen 69904030
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 12.03.1999
EP-Aktenzeichen 999113715
WO-Anmeldetag 12.03.1999
PCT-Aktenzeichen PCT/US99/05488
WO-Veröffentlichungsnummer 0099048165
WO-Veröffentlichungsdatum 23.09.1999
EP-Offenlegungsdatum 03.01.2001
EP date of grant 20.11.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 02.10.2003
IPC-Hauptklasse H01M 10/44

Beschreibung[de]

Diese Erfindung betrifft wiederaufladbare Batterien und Batteriepakete (Batterien/Pakete) und in einer besonderen Ausführungsform auf Smart-Batterien/Pakete. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Verbesserung der Bestimmungen der Batterie-/Paket-Kapazität, Restkapazität und Restlaufzeit.

Wiederaufladbare Batterien/Pakete werden oft in Anwendungen, beispielsweise Laptop- Computern, verwendet, bei denen eine Energie, die von einer Batterie/einem Paket zugeführt wird, erforderlich ist, um bestimmte Informationen aufrecht zu erhalten, die sich auf die Anwendung des Benutzers bezieht. Wenn in diesen Situationen die Batterie den laufenden Energiebedarf nicht zuführen kann, kann ein gewisser Teil der oder diese gesamte Information verloren gehen. Demzufolge haben Einrichtungskonstrukteure und Hersteller Techniken eingebaut, um einen Benutzer über die Restkapazität in der Batterie/dem Paket zu warnen und/oder einer Hosteinrichtung diese zu signalisieren, um z. B. Plattenspeicherroutinen für Laptop-Computer zu initiieren, um einen Verlust der Information zu vermeiden. Durch Warnen eines Benutzers, wenn sich die Batterie/das Paket einem Punkt annähert, wenn die Batterie/das Paket nur eine ausreichende Kapazität aufweist, die zum Ausführen der Speicherroutine verbleibt, kann ein Benutzer die Speicherroutine rechtzeitig ausführen, um einen Verlust von wertvoller Information zu vermeiden. Das Ziel besteht darin, diese Speicherroutinen an einem Punkt in dem Entladezyklus zu initiieren, an dem eine ausreichende Kapazität verbleibt, um die Speicherroutine mit geeigneten Spielräumen für Fehler auszuführen, während eine übermäßige, nicht verwendete Kapazität in der Batterie/dem Paket minimiert wird.

Zusätzlich können andere Ereignisse ausgelöst werden, wenn die Batterie/das Paket bestimmte Ausgangsspannungspegel erreicht, wobei angenommen wird, dass die Restladung mit diesen bestimmten Ausgangsspannungspegeln korreliert ist. Z. B. können Kraftstoffmessoperationen, eine Abschaltung und andere Restkapazitätkommunikationen mit einer Hosteinrichtung oder einem Benutzer auf Grundlage des Ausgangsspannungspegels der Batterie/des Pakets ausgelöst werden.

Die US-A-5,652,502 offenbart ein Verfahren zum Betreiben einer wiederaufladbaren Batterie in einem tragbaren Computer durch Einstellen eines Restkapazitätswerts in Übereinstimmung mit Berechnungen auf Grundlage von Signalen, die die Batteriespannung, die Temperatur und den Strom darstellen.

Die US-A-5,357,203 bezieht sich auf eine Ladungsüberwachungsschaltung für wiederaufladbare Batterien. Wenn eine Entladerate, die einer gemessenen Spannung über einem Erfassungswiderstand entspricht, über einen vorgegebenen Wert steigt oder darunter fällt, wird der Betrieb eines Mikroprozessors gesperrt bzw. wiederhergestellt. Ein verfügbarer Ladungswert wird durch einen Mikrocontroller während Lade- oder Entladeoperationen eingestellt.

Typischerweise wird eine feste Entlade-Endspannung (End Of Discharge Voltage, EODV) in Batterie-/Paket-Betriebs- und Ladealgorithmen verwendet, wobei die EODV eine von der Batterie/dem Paket ausgegebene Spannung ist, die, wenn sie erreicht wird, anzeigt, dass im wesentlichen die gesamte verwendbare Kapazität der Batterie/des Pakets über und oberhalb der Kapazität, die für irgendeine erforderliche Terminalfunktion benötigt wird, entfernt worden ist. Sobald diese feste EODV erreicht wird, z. B. im Hinblick auf eine Smart-Batterie/ein Smart-Pake wird dementsprechend eine Anzeige an die Hosteinrichtung oder den Benutzer gegeben, um abzuschalten und die Batterie/das Paket neu zu laden. Zusätzlich dient diese feste EODV oft als der Endpunkt zum Bestimmen der Kapazität einer Batterie/eines Pakets, so dass an der EODV die Kapazität so definiert ist, dass sie im wesentlichen Null oder ein fester endlicher Betrag ist. Demzufolge ist die Genauigkeit dieser EODV für das Betriebsverhalten der Batterie/des Pakets sehr wichtig.

Als Folge von internen Abfallen des internen Widerstands (Internal Resistance, IR), z. B. als Folge der Zelle und Zwischenverbindungen, ist eine feste EODV für diese Zwecke oft ungenau. Diese IR-Abfälle von einem Kontaktwiderstand, einem Zellengehäusewiderstand, einem Drahtwiderstand, einem Leiterbahnwiderstand, einem Elektrodenwiderstand, einem Elektroden-/Elektrolyt-Übergangswiderstand, einem Elektrolytwiderstand und einer Schutzschaltungsanordnung, können zu einer ungenauen Bestimmung des echten Potentials der Elektrode der Batterie/des Pakets fuhren. Insbesondere bei hohen Entladeraten können diese IR-Abfälle ein Entladeprofil einer Batterie/eines Pakets als eine Funktion der Entladerate verändern und können als Folge der Verwendung einer festen EODV zu der Bestimmung fuhren, dass die Batterie/das Paket die gesamte verfügbare Kapazität geliefert hat, sogar dann, wenn eine weitere Kapazität von der Batterie/dem Paket noch verfügbar sein kann. Ferner können diese IR-Abfälle die Genauigkeit oder Wiederholbarkeit der Kraftstoffmessung bei verschiedenen Entladeraten verringern, z. B. wenn eine feste EODV verwendet wird, um eine Null- oder Nahezu-Null-Kapazität zu definieren.

Zusätzlich kann eine feste EODV zu einer ungenauen Kapazitätsbestimmung führen, da die Anzahl, wie oft die Batterie/das Paket geladen und entladen worden ist, ansteigt. Für wiederaufladbare Batterien/Pakete ändert sich das Spannungsprofil, da es sich auf die Kapazität bezieht, als eine Funktion der Zykluslebensdauer. Wenn die Anzahl von Ladezyklen, insbesondere für bestimmte Batterien/Pakete zunimmt, wird die feste EODV an einem Punkt erreicht, an dem eine weitere Kapazität tatsächlich verfügbar ist, im Gegensatz dazu, wenn die gleiche feste EODV erreicht wird, wenn die Batterie/das Paket weniger Ladezyklen durchlaufen hat.

Femer können andere Faktoren, wie die Temperatur, die Zellenchemie, der Formfaktor, die Restkapazität und Betriebsbedingungen, die Genauigkeit der Kapazitätsbestimmungen beeinflussen. Somit würde es wünschenswert sein, die Restkapazität genauer messen und das Ende der Entladespannung für wiederaufladbare Batterien/Pakete genauer bestimmen zu können. Überraschenderweise wurde festgestellt, dass dies durch die Einstellung der Entlade-Endspannung auf einer spezifischen Basis erreicht werden kann.

Demzufolge stellt die vorliegende Erfindung in einem ersten Aspekt ein Verfahren zum Erhöhen des Betrags der verwendbaren Kapazität, die für einen Benutzer oder eine Hosteinrichtung von einer wiederaufladbaren Batterie/einem wiederaufladbaren Paket während eines Entladezyklus verfügbar ist, bereit, umfassend die folgenden Schritte:

(a) Überwachen einer Anzahl von Lade-/Entladezyklen oder einer Entladerate einer wiederaufladbaren Batterie/eines wiederaufladbaren Pakets;

(b) Einstellen einer Entlade-Endspannung für die Batterie/das Paket auf Grundlage der Anzahl von Lade-/Entladezyklen oder der Entladerate, um so die nicht verwendete Kapazität, die in der Batterie dem Paket an dem Ende eines Entladezyklus verbleibt, zu minimieren;

(c) Verwenden der Entiade-Endspannung als eine Anzeige über eine vollständige oder nahezu vollständige Entladung der wiederaufladbaren Batterie/des wiederaufladbaren Pakets.

In einer spezifischen Ausführungsform dieses ersten Aspekts wird eine dynamische EODV verwendet, die von der Anzahl von Entlade-/Entladezyklen abhängt. In einer alternativen spezifischen Ausfuhrungsform dieses Aspekts wird eine dynamische EODV verwendet, die von der Entladerate abhängt.

In einem zweiten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Erhöhen des Betrags einer verwendbaren Kapazität, die einem Benutzer oder einer Hosteinrichtung von einer wiederaufladbaren Batterie/einem wiederaufladbaren Paket während einer Entladung zur Verfügung gestellt, bereit, umfassend ein wiederholtes Einstellen des Werts einer Entlade-Endspannung über die Lebensdauer der Batterie/des Pakets, so dass die Restkapazität an der Entiade-Endspannung für einen Entladezyklus ungefähr konstant ist, und Verwenden der Entlade-Endspannung als eine Anzeige an einem Benutzer oder einer Hosteinrichtung über die Restkapazität.

In weiteren Aspekten stellt die vorliegende Erfindung eine Einrichtung, die zum Implementieren der obigen Verfahren ausgelegt ist, und eine Smart-Batterie/ein Smart-Paket, die/das eine derartige Einrichtung umfasst, bereit.

In vorteilhafter Weise kann die vorliegende Erfindung eine dynamische Lade-Endspannung verwenden, um das Betriebsverhalten von wiederaufladbaren Batterien/Paketen über die Batterie-/Paketlebensdauer und über eine breite Vielfalt von Betriebsbedingungen und Umgebungen zu verbessern, und kann Batterie-/Paketbenutzer in die Lage versetzen, eine größere verwendbare Kapazität aus jeder Ladung der Batterie/des Pakets zu erhalten und die Batterie-/Paketkapazität genauer zu verfolgen. Insbesondere ist es ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass sie eine erhöhte Laufzeit für jeden Entladezyklus der Batterie/des Pakets bereitstellen kann. Ein anderer Vorteil ist, dass die vorliegende Erfindung einen genaueren Zeitpunkt für beispielsweise Diskspeicherwarnungen bereit stellen kann, während eine ausreichende Energie für die Diskspeicheroperation selbst sicher gestellt wird. Ein weiterer Vorteil ist, dass die vorliegende Erfindung auch die nützliche Lebensdauer der Batterie/des Pakets verlängern kann.

Die vorliegende Erfindung wird mit näheren Einzelheiten nachstehend unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 das Entladeprofil als eine Funktion von Lade-/Entladezyklen für eine Zelle, die eine Li- Ionen-Zellenchemie aufweist;

Fig. 2A schematisch eine Geradenapproximation für eine dynamische Entiade-Endspannung als eine Funktion der Entladerate für eine spezifische Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 2B das Entladeprofil als eine Funktion der Entladrate für eine typische NiMH-Zelle.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbessern der Genauigkeit von Bestimmungen der Batterie-/Paketkapazität, Restkapazität und Restlaufzeit, indem eine dynamische, im Gegensatz zu einer festen, Entlade-Endspannung (End Of Discharge Voltate, EODV) für wiederaufladbare Batterien/ Pakete implementiert wird (die Ausdrücke "Batterie" und "Batteriepaket", wie hier verwendet, umfassen in ihrer Bedeutung auch Zellen). Diese dynamische EODV kann auf Grundlage, z. B. der Umgebung, von Betriebsbedingungen, der Temperatur, der Restkapazität, der Zellenchemie, der Zellengröße, des Formfaktors, der Entladerate und/oder der Anzahl von Lade-/Entladezyklen, die die Batterie/das Paket durchlaufen hat, eingestellt werden.

Es ist verständlich, dass die EODV in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung von einem Benutzer oder einer Hosteinrichtung bei der Bereitstellung einer Anzeige über den Status der Batterie /des Pakets verwendet wird. Diese Anzeige kann z. B. einen Benutzer warnen, um einen Terminalbetrieb zu initiieren und/oder einer Hosteinrichtung signalisieren, einen Betrieb auszuführen, typischerweise einen Tenninalbetrieb, wie einen Diskspeicberbetrieb (Save-to-Disc-Betrieb). Somit stellt die vorliegende Erfindung praktische Anwendungen im Hinblick auf die Erhöhung des Verwendungspotentials der Batterie /des Pakets für den Benutzer oder die Hosteinrichtung bereit.

Wie hier verwendet, soll der Ausdruck "Hosteinrichtung" irgendeine Einrichtung oder Schaltungsanordnung bedeuten, die eine EODV verwenden kann, um einen Betrieb auszuführen oder zu initiieren, z. B. ein Mobiltelefon, einen tragbaren Computer oder eine Kamera, oder eine Schaltungsanordnung, die in die Batterie/das Paket selbst eingebaut ist oder zu dieser/zu diesem gehört.

Eine Anzahl von Verfahren zum dynamischen Ändern der EODV kann in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden. In einer Ausführungsform in Übereinstimmung mit dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird z. B. eine dynamische EODV verwendet, die von der Anzahl von Lade-/Entladezyklen abhängt. Bezug nehmend auf Fig. 1 sind typische Entladeprofile für eine einzelne Li-Ionen-Zelle für 2, 200, 300 und 400 Lade-/Entladezyklen gezeigt. Es ist gezeigt, dass sich das Entladeprofil ändert, wenn die Batterie/das Paket zusätzliche Lade-/Entladezyklen durchläuft. Obwohl Fig. 1 Entladeprofile darstellt, die für eine Li-Ionen-Zelle typisch sind, kann sich auch die Form von Entladeprofilen für Zellen mit anderer Zellenchemie als eine Funktion der Anzahl von Lade-/ Entladezyklen ändern. Z. B. ist die vorliegende Erfindung auf eine Li-Ionen, NiCd, NiMH, Li-Polymer, Li- Ionen-Familie, sowie auf eine andere gegenwärtige und zukünftige Chemie von wiederaufladbaren Zellen anwendbar.

In Fig. 1 ist auch die Auswirkung einer Verwendung einer festen Spannung, in Fig. 1 3,0 Volt, zum Auslösen einer Diskspeicheroperation gezeigt. Da diese Li-Ionen-Zelle vorzugsweise nicht unter die minimale kritische Betriebsspannung von 2,7 Volt entladen werden sollte, ist die verbleibende verfügbare Kapazität die Differenz in der Kapazität, gelesen auf der horizontalen Achse, von dem Punkt, an dem das Profil 3,0 Volt erreicht, bis zu dem Punkt, an dem das Profil 2,7 Volt erreicht. In diesem Beispiel entspricht diese Differenz nach zwei Zyklen ungefähr 40 mAh der Kapazität. Nach 400 Zyklen entspricht diese Differenz ungefähr 180 mAh der Kapazität. Wenn ungefähr 40 mAh benötigt werden, um die Diskspeicheroperation auszuführen, und die Diskspeicheroperation bei 3,0 Volt getriggert bzw. ausgelöst wird, existiert im wesentlich keine nicht verwendete Kapazität für die Batterie/das Paket nach lediglich zwei Zyklen, aber ungefähr 140 mAh einer nicht verwendeten Kapazität für die Batterie/das Paket nach 400 Zyklen.

Alternativ, wenn die Diskspeicheroperation bei 2,8 Volt für eine Zelle getriggert wird, die 400 Zyklen durchlaufen hat, verbleiben nur ungefähr 40 mAh der Restkapazität. Für eine Batterie/ein Paket, die/das 400 Lade-/Entladezyklen durchlaufen hat, wird demzufolge weniger nicht verwendete Kapazität zurückgelassen, wenn die Diskspeicheroperation bei einer Spannung von ungefähr 2,8 Volt anstelle von 3,0 Volt getriggert wird. Eine Triggerung einer Diskspeicherung bei 2,8 Volt, anstelle von 3,0 Volt, erlaubt einem Benutzer somit eine längere Laufzeit.

In einer spezifischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Li-Ionen-Batterie/das Paket der Fig. 1 mit der EODV verwendet, die durch eine Approximation mit einer geraden Linie bestimmt wird, auf Grundlage der Anzahl von Lade-/Entladezyklen. In dieser Ausführungsform wird die EODV für eine Li-Ionen-Batterie/ein Paket bestimmt, für die/für das das Entladeprofil in Fig. I gezeigt ist, und zwar durch eine Approximation mit einer geraden Linie.

In dieser Ausführungsform wird die Gleichung (2) verwendet, um die EODV zu bestimmen, bis 400 Zyklen erreicht sind. Nach 400 Zyklen wird die EODV auf 2,8 Volt gehalten, um ein Erreichen der minimalen kritischen Betriebsspannung von 2,7 Volt für diese bestimmte Zellenchemie zu vermeiden. Dies kann auch verhindern, dass die EODV einen Punkt erreicht, an dem eine unzureichende Kapazität bei der EODV z. B. für eine Diskspeicheroperation verfügbar ist. Die Steigung und die anfängliche EODV, EODV&sub0;, in Bezug auf die Approximation mit der geraden Linie kann experimentell und/oder theoretisch für jeden Batterie/jedes Paket bestimmt werden und kann sich für unterschiedliche chemische Zusammensetzungen der Zelle, Temperaturen, Entladeraten, Restkapazität und physikalische Konstruktionen verändern. Z. B. können Messungen für verschiedene Kombinationen von Faktoren und die sich ergebenden Entladeprofile, die in die EODV-Bestimmungen eingebaut werden, ausgeführt werden.

Alternative Ausführungsformen können z. B. Approximationen zweiter Ordnung oder dritter Ordnung oder logarithmische Approximationen verwenden. In einer bevorzugten Ausführungsform kann eine am besten passende Kurve in Bezug auf den Punkt auf dem Entladeprofil verwendet werden, der eine ausreichende Restkapazität zurücklässt, um die gewünschte Abschaltung, die Diskspeicherung oder ein anderes Ende eines Entladebetriebs für jeden Zyklus-Zählwert auszuführen. Weitere Ausführungsformen können eine stufenartige EODV-Funktion oder andere Funktionen verwenden, die das Batterie-/Paket- Betriebsverhalten verbessern und andere Systembeschränkungen, z. B. einen beschränkten Speicher, erfüllen.

Eine Überwachungs-Schaltungsanordnung, z. B. innerhalb eines Smart-Batteriepakets, kann verwendet werden, um die Anschlussspannung der Batterie/des Pakets zu überwachen und z. B. eine Diskspeicherroutine zu triggern, wenn die EODV erreicht wird. Z. B. kann ein Status-Bit gesetzt werden, wenn die Anschlussspannung kleiner oder gleich wie die EODV ist, um der Schaltungsanordnung zu erlauben, die Diskspeicherroutine zu initiieren. Eine Uberwachungs-Schaltungsanordnung kann auch verwendet werden, um die Anzahl von Lade-/Entladezyklen für eine Eingabe in die Gleichung (1) zu überwachen.

In einer alternativen Ausführungsform in Übereinstimmung mit dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine dynamische EODV verwendet, die von der Entladerate abhängt. Diese dynamische EODV kann eine genauere Anzeige über die Restkapazität in der Batterie/dem Paket im Vergleich mit der Verwendung einer festen EODV bereitstellen. In Bezug auf die Batterie/das Paket der Fig. 2A ist die EODV für höhere Abflussraten geringer. In dieser Ausführungsform ist die EODV eine Funktion der momentanen Abflussrate, als Folge der internen Widerstandskomponenten, die beteiligt sind. Wenn eine feste EODV auf Grundlage einer C-Raten-Entladung gewählt wird und die Batterie/das Paket bei 3C betrieben wird, wird eine größere Kapazität in der Batterie/dem Paket bei der EODV zurückgelassen werden, weil die Batterie-/Paket-Spannung bei höheren Entladeraten unterdrückt ist. Wenn im Gegensatz dazu die feste EODV so gewählt wird, dass eine gewünschte Kapazität in der Batterie zurückgelassen wird, wenn sie bei einer hohen Rate, beispielsweise 3C, entladen wird und die Batterie/das Paket bei einer C-Rate entladen wird, wird eine geringere Kapazität in der Batterie/dem Paket zurückgelassen werden und die Abschließungszonen können unter Umständen nicht abgeschlossen werden. Die Verwendung einer dynamischen EODV auf Grundlage des tatsächlichen Entladestroms gibt eine genauere Abschätzung über die Restkapazität. Die übliche Praxis besteht darin, konservativ zu sein und eine feste EODV zu wählen, die einer niedrigen Entladerate, z. B. 1C oder darunter entspricht, was zu einer nicht verwendeten Kapazität in der Batterie/dem Paket führt, wenn auf die EODV bei einer höheren Entladerate entladen wird.

Fig. 2B zeigt den Zusammenhang zwischen den Entladeprofilen für eine typische NiMH-Zelle für unterschiedliche Entladeraten, nämlich 0,2C, 1C, 2C und 3C. Die Verschiebung in den Entladeprofilen für unterschiedliche Entladeraten kann wenigstens teilweise den Widerstandskomponenten, wie Zellenkontakten und Zwischenverbindungen, zugerechnet werden. Wenn eine Kraftstoffstand-Messung durch Entladen der Batterie/des Pakets auf die EODV und dann durch Laden der Batterie/des Pakets ausgeführt werden soll, kann diese Kraftstoffstand-Messung genauer sein, wenn die geeignete EODV für die Abflussrate verwendet wird. Wenn z. B. eine Batterie/ein Paket auf eine feste EODV entleert und dann geladen wird, kann, unter der Annahme, dass die Restkapazität bei der EODV Null ist, die Integration des Ladestroms über der Zeit als eine neu gelernte Kapazität für die Batterie/das Paket verwendet werden.

Es wird erkannt werden, dass dann, wenn die Batterie/das Paket auf die feste EODV zum Starten der gelernten Kapazitätsmessung entladen wird, der Betrag der Restkapazität in der Batterie/dem Paket bei der EODV sich auf die Entladerate bezieht. Dies wird natürlich den Betrag der zusätzlichen Ladung beeinflussen, den die Batterie/das Paket halten kann, wodurch eine Einwirkung auf die gelernte Kapazität durchgeführt wird. Wenn als nächstes die Batterie/das Paket von einem Benutzer bei einer anderen Rate als die Entladerate für die gelernte Kapazitätsmessung entladen wird, wird die feste EODV an einem Punkt auf dem Entladeprofil mit einer anderen Restkapazität als der Restkapazität bei dem Beginn der gelernten Kapazitätsmessung erreicht werden.

Demzufolge kann die Verschiebung in dem Entladeprofil in Bezug auf unterschiedliche Entladeraten und die entsprechende Differenz in der Restkapazität in der Batterie/dem Paket bei einer festen EODV für unterschiedliche Entladeraten zu Ungenauigkeiten bei Vorhersagen für die Restkapazität, einer nicht verwendeten Restkapazität beim Erreichen der festen EODV und/oder beim Erreichen einer festen EODV ohne eine ausreichende Restkapazität zum Ausfuhren von irgendwelchen Terminalfunktionen, die erforderlich sein können, fuhren.

Die dynamische EODV der vorliegenden Erfindung, die sich als Funktion der Entladerate verändert, kann die Genauigkeit von Kraftstoffmessoperationen verbessern und konsistent einem Benutzer erlauben, mehr von der Kapazität der Batterie/des Pakets während jedes Entladezyklus zu verwenden. Um diese darzustellen, sei angenommen, dass eine Batterie bei einer 1C-Rate entladen und dann geladen wird, wobei der Betrag der Ladung gemessen wird, um eine neu gelernte Kapazität der Batterie/des Pakets bereitzustellen. Wenn die Batterie/das Paket eine begleitende Kraftstoffmessung aufweist, wird die Kraftstoffmessung vollständig abgelesen. Wenn die Batterie/das Paket entladen wird, wird die Kraftstoffmessung weniger als voll anzeigen, z. B. durch Integrieren des Entladestroms über die Zeit, um zu bestimmen, welcher Prozentsatz der nun gelernten Kapazität zurückgelassen wird. Es sollte erkannt werden, dass die Kranstoffmessung an Stelle davon z. B. die Restzeit, die Restkapazität oder irgendein anderes gewünschte Format anzeigen könnte.

Wenn die Entladerate über 1C ist und eine feste EODV verwendet wird, würde die feste EODV erreicht werden, bevor die Kranstoffmessung eine Restkapazität von Null anzeigt und in Abhängigkeit von dem Protokoll könnte der Benutzer angewiesen oder gezwungen werden, eine Abschaltung und eine Ladung der Batterie durchzuführen. Dies würde eine nicht verwendete Restkapazität in der Batterie/dem Paket zurücklassen, eingestellt auf eine unrichtige Null-Restkapazität für die nächste gelernte Kapazität und würde dem Benutzer eine unrichtige Anzeige über die Restkapazität geben, während die Batterie/das Paket gerade in Verwendung war. Wenn jedoch eine dynamische EODV in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann die EODV für die höhere Entladerate abgesenkt werden, wobei ermöglicht wird, dass ein größerer Betrag der Restkapazität verwendet wird, die Kraftstoffmessanzeige genauer gemacht wird, und eine genauere Null-Restkapazität für die nächste gelernte Kapazität eingestellt wird.

Wenn die Batterie/das Paket bei einer niedrigen Entladerate als 1C entladen wird, z. B. bei 0,2C, und eine feste EODV verwendet wird, dann wird die Kranstoffmessung anzeigen, dass die Batterie/das Paket entladen ist, bevor die feste EODV erreicht wird. In Abhängigkeit von dem verwendeten Protokoll kann der Benutzer angewiesen oder gezwungen werden, eine Abschaltung durchzunehmen. Die Kranstoffmessung zeigt keine Restkapazität an, weil die neue, gelernte Kapazität auf Null gebracht wurde, wenn eine tatsächliche Restkapazität vorhanden war, wodurch der Kraftstoffmesser veranlasst wird, die tatsächliche Kapazität der Batterie/des Pakets zu unterschätzen. Wenn der Benutzer abschaltet, wenn der Kraftstoffmesser keine Restkapazität anzeigt, wird wiederum eine nicht verwendete Restkapazität in der Batterie zurückgelassen. Wenn jedoch eine dynamische EODV in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung verwendet wird, würde die EODV bei der ursprünglichen 1C-Entladerate, die die neu gelernte Kapazität begonnen hat, niedriger gewesen sein, und die neu gelernte Kapazität würde höher gewesen sein.

Demzufolge würde der Kraftstoffmesser eine genauere Anzeige über die Restkapazität bereitgestellt haben, wobei dem Benutzer erlaubt wird, einen größeren Betrag der Restkapazität der Batterie 7 des Pakets zu verwenden.

In einer bevorzugten Ausführungsfonn, wie in Fig. 2A gezeigt, kann die Bestimmung der EODV als eine Funktion der Entladerate durch Verwendung einer Approximation mit einer geraden Linie durchgeführt werden. Fig. 2A ist für Illustrationszwecke gedacht und zeigt, wie die EODV von der Entladerate abhängt. Die Steigung und der Schnittpunkt für die Approximation mit der geraden Linie kann durch ein Experiment und/oder eine Theorie abgeleitet werden und kann sich für unterschiedliche chemische Zusammensetzungen der Zelle, Temperaturen, Restkapazität, Zykluszählwerte und physikalische Konfigurationen verändern. Alternative Ausführungsformen können z. B. Approximationen zweiter Ordnung oder dritter Ordnung oder logarithmische Approximationen verwenden. In einer weiteren spezifischen Ausführungsfonn kann eine am besten passende Kurve verwendet werden.

Zusätzliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die EODV als eine Funktion von beispielsweise einem oder mehreren der folgenden Faktoren einstellen: einem Lade-/Entladezykluszählwert, einer Entladerate, einer Temperatur, einer Restkapazität, einer chemischen Zusammensetzung der Zelle, einem Formfaktor und einer physikalischen Konfiguration. Messungen von Entladeprofilen können für verschiedene Kombinationen von Faktoren genommen und entsprechende Entladeprofile können erzeugt werden. Diese Profile können in den Algorithmus zum Einstellen des EODV der Batterie/des Pakets eingebaut werden. Wie erwähnt, können diese Algorithmen mit Gleichungen implementiert werden, die die gewünschten Faktoren beinhalten. Zusätzlich können Nachschlagtabellen verwendet werden. In einer spezifischen Ausführungsform kann eine mehrdimensionale Nachschlagtabelle verwendet werden, wobei jede Dimension mit einem der berücksichtigten Faktoren korreliert.


Anspruch[de]

1. Verfahren zum Erhöhen des Betrags einer verwendbaren Kapazität, die für einen Benutzer oder eine Hosteinrichtung verfügbar ist, von einer wiederaufladbaren Batterie/einem wiederaufladbaren Paket während eines Entladezyklus, umfassend die folgenden Schritte:

(a) Überwachen einer Anzahl von Lade-/Entladezyklen oder eine Entladerate einer wiederaufladbaren Batterie/eines wiederaufladbaren Pakets;

(b) Einstellen einer Entlade-Endspannung für die Batterie/das Paket auf Grundlage der Anzahl der Lade-/Entladezyklen oder der Entladerate, um so die nicht verwendete Kapazität zu minimieren, die in der Batterie/dem Paket an dem Ende eines Entladezyklus verbleibt; und

(c) Verwenden der Entlade-Endspannung als eine Anzeige über eine vollständige oder nahezu vollständige Entladung der wiederaufladbaren Batterie/des wiederaufladbaren Pakets.

2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend den folgenden Schritt:

(d) Wiederholen der Schritte (a), (b), (c) über die gesamte Lebensdauer der Batterie/des Pakets.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Entlade-Endspannung auf Grundlage einer Approximation mit einer geraden Linie eingestellt wird, so dass eine anfängliche Entlade-Endspannung, durch eine Konstante, multipliziert mit der Anzahl von Lade-/Entladezyklen oder multipliziert mit der Entladerate, eingestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Entlade-Endspannung auf Grundlage einer Approximation mit einer Gleichung zweiter Ordnung eingestellt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Entlade-Endspannung auf Grundlage einer Approximation mit einer am besten passenden Gleichung eingestellt wird.

6. Verfahren nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, wobei die Entlade-Endspannung nach einer vorgegebenen Anzahl von Lade-/Entladezyklen oder nachdem die Entladerate einen vorgegebenen Wert erreicht, konstant gehalten wird, um so zu vermeiden, dass die Batterie/das Paket eine minimale kritische Betriebsspannung erreicht.

7. Verfahren nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, wobei eine Warnung oder ein Signal an den Benutzer oder die Hosteinrichtung gesendet wird, nachdem die wiederaufladbare Batterie/das wiederaufladbare Paket die Entlade-Endspannung erreicht, so dass der Benutzer oder die Hosteinrichtung eine Terminalfunktion ausführen kann, bevor die Batterie/das Paket eine unzureichende Kapazität zum Ausführen der Terminalfunktion aufweist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Tenninalfünktion eine Plattenspeicheroperation ist.

9. Verfahren nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, wobei die Batterie/das Paket, nachdem die wiederaufladbare Batterie/das wiederaufladbare Paket die Entlade-Endspannung erreicht, ein oder mehrere der folgenden Gruppe bereitstellt:

eine Kraftstoffmesser-Ablesung, eine Restzeitablesung, eine kritische Nachricht für ein Ende der Entladung, eine Entlade-Endwarnung unter dem SMBus-Standard und eine Restkapazität-Ablesung.

10. Verfahren zum Erhöhen des Betrags einer verwendbaren Kapazität, die für einen Benutzer oder eine Hosteinrichtung verfügbar ist, von einer wiederaufladbaren Batterie/einem wiederaufladbaren Paket während einer Entladung, umfassend ein wiederholtes Einstellen des Werts eine Entlade-Endspannung über die gesamte Lebensdauer der Batterie/des Pakets, so dass die Restkapazität bei der Entlade-Endspannung für einen Entladezyklus ungefähr konstant ist und Verwenden der Entlade-Endspannung als eine Anzeige für einen Benutzer oder eine Hosteinrichtung über die Restkapazität.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Entlade-Endspannung auf Grundlage von ein oder mehreren der folgenden Gruppe eingestellt wird: einer Anzahl von Lade-/Entladezyklen, die die wiederaufladbare Batterie/das wiederaufladbare Paket durchlaufen hat, einer Entladerate der wiederaufladbaren Batterie/des wiederaufladbaren Pakets und einer Temperatur der wiederaufladbaren Batterie/des wiederaufladbaren Pakets.







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