[发明专利]正确确定电池剩余寿命的装置和方法

说明书

发明背景

发明领域

本发明涉及电池。特别，本发明涉及用于指示可再充电电池的充电状态和用于指示何时应更换电池的装置和方法。

现有技术的描述

对电池进行设计以便对许多应用提供近似恒定的电压，其范围从在无线电话中的电子放大器和接收机到汽车的自动电子放大器和接收机。这种应用经常要求正确的电池计量器或指示器来指示电池剩余寿命。在诸如无线电话之类的应用中，正确的电池寿命指示器尤为重要，其中，可再充电电池比较普通，并且要求知道电池剩余寿命。

电池通常包括浸在具有去极化混合物的电解质中的两个金属电极。通常根据所使用的电解质的类型命名电池，诸如镍-镉电池、碱-锰电池、铅蓄电池、水银电池、锌-碳电池以及锂电池。

一般，把电池设计成近似于理想电压源。然而，不象具有零内阻的理想电压源，电池具有非零内阻，通常这在设计诸如电池剩余寿命指示器之类的电子装置时不能忽略。电池的内阻随电池的老化而变化，但是在诸如充电和放电期间的短时间周期中保持相对的恒定。当可再充电电池经过数个充电周期而老化时，当它的化学性质，即电解质和/或去极化混合物，降低时，它的内阻增加。当电池的化学性质降低时，它保持电荷的能力也降低。

通常由放电曲线给出电池的性能，这是描绘电池电压作为时间的函数的曲线，所述时间给出预定的放电速率，即电池电流形成。通常在放电曲线弯曲处放电曲线显著地下降。

放电曲线随电池的内阻、电池放电速率和温度而变化。锌-碳电池尤其是如此。当放电曲线变化时，电池的容量和寿命也变化。此外，放电曲线根据电池的类型而变化。在可再充电电池技术中的当前趋势造成放电曲线具有较急剧的弯曲处，这可能增加与传统电池寿命指示器相关联的误差。

当电池老化时，它的内阻通常要增加。因此，通过放电曲线描绘的电池电压输出不但随温度和放电速率而变化，而且还随电池的老化而变化。高放电速率、温度的降低或延长储藏周期会降低电池容量和寿命跨度，并导致放电曲线更快地降低。大多数电池具有有限的储藏期限，这是未使用电池的电压下降到低于它的原始电压的预定百分比所要求的时间。

显示电池剩余寿命的一种方法是测量电池电压和显示作为电池剩余寿命指示的一个值，所述值等效于所测量电压对新电池的电压的比值。不幸地，这种计量器常常是靠不住的，并且不考虑在电压放电曲线中的弯曲，或放电曲线随温度、放电速率、电池老化等的变化。例如，当电池的状态接近放电曲线的弯曲处时，计量器可能指示电池近似于充足电，事实上，它不久就需要再充电。

另一种方法包括考虑新电池的放电曲线的平均形状，并把电压值从平均放电曲线映射到随时间线性地变化的一组值。如此，当电池电压接近放电曲线的弯曲处时，电池寿命指示器就更正确，并且不象放电曲线到达弯曲处时电压突然跌落那样。然而，这种方法有明显的局限性。

当电池老化时，象电池内阻变化那样，放电曲线从新电池的放电曲线变化。经过一段时间，简单地测量电池电压和计算新电池的平均放电曲线所指示的电池剩余寿命很快地变成不正确。这个方法还不计及由于放电速率的变化或温度的变化而引起的电池放电曲线的变化。因此，当诸如在通过使用电池的无线电话进行电话呼叫期间从电池汲取(draw)较多的电流时，电池指示器将显示错误的信息。例如，在呼叫之后，许多电话显示器立即明显地减少了电池寿命。此后很短时间，由于电池本身再充电而电池寿命指示器上升。

因此，用于指示电池剩余寿命的现有装置和方法一般不计及当电池老化和它的内阻增加时的电池放电曲线的变化。当电池老化时，跨越电池内阻的电压降增加，改变放电曲线，并负面地影响电池指示器或计量器的正确度。此外，当从电池汲取更多的电流时，电池内阻上的的电压降更大，这也使放电曲线变化。这在原始地仅基于电池电压的电池计量器中引入误差。当电池老化时，用来估计电池剩余寿命的预定电池电压变得不合适了，因为它们是根据新电池的放电曲线选择的。

因此，在本技术领域中对用于正确地显示可再充电电池的剩余寿命的装置和方法有需求。还进一步需要一种装置，所述装置计及随老化的电池内阻的变化以及随放电速率的电池放电的变化。

发明概要

本发明要解决的技术问题是提供能正确确定电池剩余寿命的装置和方法。在说明性实施例中，本发明的装置适合于带有无线电话的应用，并包括用于提供控制信号的第一电路。第二电路使用电池的内阻值和所测量电池电压，以根据控制信号提供电池剩余寿命的指示。