用于更新电池容量的控制逻辑的制作方法

1.本发明技术整体涉及用于电池管理的技术。更具体地，本发明技术涉及用于在整个电池寿命期间准确地确定电池的真实充电状态和总容量的技术。


背景技术：

2.可再充电电池在多种系统中提供电力。电池的满充电容量是可再充电电池的最大化学容量的量度。随着电池单元老化，电池的满充电容量通常降低，并且电池的真实充电状态可能难以非常准确地确定。因为测量和更新满充电容量是基本电池管理的基础，所以通常需要在电池的整个生命周期中更准确地执行该任务。


技术实现要素：

3.本公开的技术整体涉及用于确定电池的总容量的方法、系统和设备。
4.在一个方面，本公开提供了一种方法，该方法包括确定是否执行电池的容量更新。这可包括确定电池的容量增量是否高于阈值，并且该增量可基于电池的化学性质、电池的老化度或其他因素。该方法还可包括响应于确定执行该容量更新，确定该电池的现有放电深度(dod)。确定现有dod可包括基于电池在开路条件下的充电状态来估计dod。该方法还可包括基于现有dod是否低于阈值，执行放电操作或充电操作。该方法还可包括在该放电操作或该充电操作之后执行该容量更新。执行该容量可包括响应于确定电池电压在该放电操作或该充电操作之后是稳定的，检测该电池的充电状态(soc)。该电池电压是否是稳定的可基于在一个持续时间内跨该电池的电压降是否小于阈值。该方法还可包括通过将该电池从负载断开连接并且控制旁路开关直接从充电器向该负载供电，为该电池提供休止阶段。
5.本公开的一个或多个方面的细节在以下附图和描述中阐述。根据说明书和附图以及权利要求书，本公开中描述的技术的其他特征、目标和优点将是显而易见的。
附图说明
6.图1是根据实施方案的包括用于管理电池的电池管理系统的装置的框图。
7.图2是示出根据实施方案的电池管理系统的框图。
8.图3是示出根据实施方案的包括用于容量更新的两个潜在点的受控循环的图表。
9.图4是根据实施方案的用于电池管理的方法的流程图。
具体实施方式
10.图1是根据实施方案的操作、工艺、方法和方法论的包括用于管理电池的电池管理系统的装置100的框图。装置100可包括本文引用的硬件或逻辑部件的任何组合。装置100可包括心室辅助装置的或用于控制其操作的部件。装置100可包括任何其他装置，例如实现患者治疗所需的其他装置，或与该装置耦接。
11.装置100可包括处理器102形式的处理电路系统，该处理器可以是微处理器、多核
处理器、多线程处理器、超低电压处理器、嵌入式处理器或其他已知的处理元件。处理器102可以是片上系统的一部分，其中处理器102和本文所描述的其他部件被形成在单个集成电路中。
12.电池128可为装置100供电，尽管在装置100处于固定位置的示例中，装置100可具有耦接到电网的电源。电池128可以是锂离子电池，尽管实施方案不限于此。电池管理系统130可包括在装置100中，或者电池管理系统130可以是外部设备的耦接到装置100以跟踪电池128的充电状态(soc)的部分。功率块132或耦接到网的其他电源可与电池管理系统130耦接，以对电池128进行充电。在一些示例中，功率块132可用无线功率接收器替换，以便无线地获得功率。下面参考图2提供关于电池管理系统130的进一步细节。
13.图2是示出根据实施方案的电池管理系统130的框图。电池管理系统130可用于监测电池128的其他参数，诸如电池128的健康状态(soh)和功能状态(sof)，以便提供故障预测。电池管理系统130可包括电池监测电路系统，例如电量计202。
14.电池管理系统130可包括控制逻辑204。在实施方案中，控制逻辑204在装置100的处理器102(图1)上执行，尽管实施方案不限于此。例如，在一些实施方案中，电池管理系统130可包括用于执行包括在控制逻辑204中的至少一些操作的处理电路系统。
15.当开关元件208以如本文稍后所述的受控方式闭合时，控制逻辑204可通过控制充电器206来控制电池128的充电循环。当开关元件212以如本文稍后所述的受控式样闭合时，控制逻辑204还可通过切换负载210以从电池128汲取电流来控制电池128的放电循环。在示例性实施方案中，负载210包括或可模拟心室辅助装置(未示出)。电量计202测量电池128中剩余的电荷量，并且将其指示提供给控制逻辑204，如本文稍后所述。
16.旁路开关218和旁路路径220放置在充电器206和负载210之间。旁路路径220用于通过充电器206直接向负载210供电，以允许电池128通过从负载210和充电器206断开连接而休止。在这种情况下，旁路开关218闭合并且开关208和212两者都断开。当电池放电时，负载开关212闭合并且旁路开关和充电开关208两者都断开。当电池128充电时，负载开关212断开且旁路开关218及充电开关208两者都闭合。
17.电池128容量对应于可在电池128充电期间累积、在开路条件下存储并且在电池128放电期间释放的电荷量。当电池128以恒定电流放电时(例如，在根据本文所述的方法的放电循环期间，或者在装置100的正常操作期间)，电池128容量由公式cd＝i
·
td给出，其中td是放电持续时间，并且i是电流。当放电持续时间以小时表示时，电池128容量的典型单位是安培小时(ah)。
18.当电池128休止或处于平衡状态时，电池128的soc指示该电池128的端子214、216处的电压。soc与平衡电压之间的数学关系是已知的关系并且基于电池类型。当电池128不处于平衡状态时，电流流过电池128。在这种状况下，电池128的端子214、216处的实际电压比平衡电压低一定量，该量可使用电池128的已知内阻的欧姆定律来计算。
19.欧姆定律应用于一些电量计(诸如电量计202)的操作。电量计202可通过测量被监测的电池128的内阻来使用欧姆定律，将该内阻乘以测量的电流以确定203处的中间电压值，并且然后将测量的端子电压偏移中间电压值以获得电池128的平衡电压的估计值。然后，可使用该平衡电压的估计值来计算可用电池128容量。可增加其他元件和算法(包括库仑计数器和其他设备)来提高电量计202的准确度。电量计202可向其他系统(例如，控制逻
辑204)提供容量信息、电压信息、温度信息、容量更新状态、库仑计数、放电深度、误差消息以及其他信息。
20.然而，用于估计平衡电压的方法容易出现误差，尤其是当电池128的老化度增加时。此外，随着电池128老化，电池128的总容量衰减。在没有充分跟踪电池128的总容量的情况下，电池128的soc和剩余容量的估计值将变得不太准确。
21.为了补救这些和其他问题，控制逻辑204提供受控充电循环以实现成功的容量更新。成功的容量更新依赖于最小容量变化，因为如果容量变化低于阈值，则容量变化可能难以检测，因为容量变化变得难以与噪声区分开。容量变化需要满足或超过阈值，以变得大到足以被测量。成功的容量更新还可取决于开路电压(ocv)的稳定性、温度、放电深度(dod)以及其他条件。所有这些条件和其他条件可通过根据实施方案控制的充电和放电循环进行控制。
22.图3是示出根据实施方案的包括用于容量更新的两个潜在点的受控循环302的图表300。参考装置100(图1)和电池管理系统130(图2)的元件。在电池128充满电并且休止(在点304处被指示为0％放电深度)之后，控制逻辑204在点306处控制电池128放电到40％dod。可使用dod的其他值；然而，必须执行足够深的放电，以便准确测量电池128的容量。所使用的dod可以是化学依赖的，使得小于dod 40％的放电可导致从点304到点308的总电压降更小，并且因此电压测量上的噪声保持不变。电压测量中的误差可根据等式1：
[0023][0024]
换句话说，增大噪声和减小电压降都会导致电压测量中的误差增大。dod可基于电池128的soc进行估计。在点306处，控制逻辑204将电池128从负载210断开连接，并且通过旁路开关218和旁路路径220直接从充电器206为负载210供电。电池128将休止，直到电池128的电压稳定在点308处。在电池128的电压稳定之后，电量计202可通过以下方式更新电池128容量：检测电池128的soc，并且通过根据等式(2)将soc中的变化(soc
开始-soc
结束
)除以放电容量q
放电
，确定电池128中容量的剩余量：
[0025][0026]
然后，控制逻辑204控制开关元件208和充电器206将电池128充电至0％dod，并且电池128可在点310处休止。在点312处，电池128已休止，直到电池128电压稳定，在该点处，电量计202可执行第二容量更新。
[0027]
图4是根据实施方案的用于电池管理的方法400的流程图。方法400可通过在处理器102上执行的电路系统(例如，控制逻辑204(图2))、电量计202电路系统(图2)或电池管理系统130(图1)来实施。
[0028]
在操作402，控制逻辑204确定是否执行电池(例如，电池128(图1和图2))的容量更新。如果预期容量衰减足够大(例如，容量的增量高于阈值)，则可能需要容量更新。在一些示例中，该增量可基于电池的化学性质、电池老化度、闲置时间、使用时间以及其他因素。在一些示例中，在基于电池化学性质、由制造商提供的历史数据或其他数据可能导致容量降低的时间量已经过去之后，容量衰减将足够大。在一些示例中，月数可以是大约三个月。如果不需要容量更新，则处理器102周期性地检查是否需要容量更新并且不采取进一步动作，
直到需要此类更新。
[0029]
在操作404中，如果需要容量更新，则处理器102将检查dod。如果dod低于某一百分比(在一些示例中，50％dod，尽管实施方案不限于此)，则处理器102将控制电池128在点306处放电，直到容量下降高于阈值dod(在一些示例中，37％，尽管实施方案不限于此)，同时在操作408中，控制逻辑204针对此类dod水平进行周期性检查。控制逻辑204将通过断开开关212并且通过闭合旁路开关218而使充电器206直接对负载210供电，将电池128从负载210断开连接。在操作410中，电池128将休止直到电压稳定。例如，如果测量的平均电压在持续时间内下降小于阈值(例如，如果电压以小于大约每分钟200μv的速率下降)，则电压可被认为是稳定的。在操作412中，如果容量已被更新(例如，如果电量计202通过例如设置标志或提供另一条消息来向控制逻辑204提供容量已被更新的指示)，则在操作414中，控制逻辑204将控制开关208和充电器206将电池128充电至充满电状态。在操作416中，以成功的容量更新来完成该例程。然而，如果没有发生容量更新，如在操作412中所确定的，则控制逻辑204将使用例如专用温度计201、电压表203、嵌入式库仑计数器以及图2中未示出的其他电路系统，对诸如温度、电压、库仑计数误差之类的参数以及其他参数进行评价。在检测到这些或其他参数中的任何误差或异常时，控制逻辑204将向输出装置122或向处理器102中的错误处理例程产生误差消息。
[0030]
再次参考以上操作404，如果现有放电深度不低于50％，则电池128可能没有足够的能量来完成所需的放电步骤。因此，在操作422中，控制逻辑204将控制开关208和充电器206将电池充电到充满电状态。在该充电操作422之后，如果通过控制逻辑204确定容量增加高于37％的dod，则在操作424中，控制逻辑204可通过断开开关208和开关212，将电池128从充电器206和负载210断开连接。在操作426中，电池128将休止直到电压稳定。如果此时容量被更新，如在操作428中所确定的，则方法400可在操作416中以成功的容量更新结束。否则，如果没有发生容量更新，则类似于如本文早先所述的操作418，确定并指示误差条件。如果操作424的结果是确定容量增加不高于37％dod，则方法400在本文早先所述的操作404处恢复到保持对电池128充电。
[0031]
再次参考图1，描述了可包括在装置100中的其他部件。处理器102可通过互连106(例如，总线)与系统存储器104通信。可使用任何数目的存储器装置来提供给定量的系统存储器。作为示例，存储器104可以是随机存取存储器(ram)。然而，可包括任何其他类型的存储器。也可通过存储装置108提供永久存储。存储装置108还可经由互连106耦接到处理器102。存储装置108可包括磁盘驱动器、闪存存储器卡、通用串行总线(usb)闪存驱动器等。
[0032]
这些部件可在互连106上通信。互连106可包括任何数目的技术，包括工业标准架构(isa)、扩展isa(eisa)、外围部件互连(pci)、扩展外围部件互连(pcix)、快速pci(pcie)或任何数目的其他技术。互连106可以是专有总线。
[0033]
互连106可将处理器102耦接到收发器110。收发器110可使用任何数目的频率和协议、ieee或蓝牙协议，尽管实施方案不限于这些协议。可包括收发器110，以经由局域网协议或广域网协议与云112中的装置或服务通信。
[0034]
可包括网络接口控制器(nic)114，以通过云112向其他装置或系统提供有线通信。有线通信可提供以太网连接或者可基于其他类型的网络。互连106可将处理器102耦接到用于连接附加装置或子系统的传感器接口116。这些附加装置可包括传感器118，诸如光学光
传感器、相机传感器、温度传感器等。接口116可进一步用于将装置100连接到致动器120，诸如电源开关、阀致动器、可听声音发生器、视觉警告装置等。
[0035]
在一些可选示例中，各种输入/输出(i/o)装置可存在于装置100内或连接到该装置。例如，可包括显示器或其他输出装置122以显示信息，诸如传感器读数、电量计读数、电量计诊断输出等。可包括输入装置124(诸如按钮、触摸屏或键盘)以接受输入。输出装置122可包括任何数目的形式的音频或视觉显示，包括简单视觉输出，诸如二进制状态指示器(例如，发光二极管(led))和多字符视觉输出，或者更复杂的输出，诸如显示屏(例如，液晶显示器(lcd)屏)，其中字符、图形、多介质对象等的输出由装置100的操作生成或产生。在本系统的上下文中，显示器或控制台硬件可用于提供医疗装置(包括可植入医疗装置)的输出和接收医疗装置的输入；识别医疗装置或相关/连接的装置的状态；或者执行任何其他数目的管理或监管功能。
[0036]
存储装置108可包括软件、固件或硬件命令形式的指令125以实现本文所述的技术。尽管此类指令125被显示为包括在存储器104和存储装置108中的代码块，但可理解的是，这些代码块中的任何代码块可用硬连线电路(例如，内置到专用集成电路(asic)中的硬连线电路)来替换。
[0037]
在一个示例中，经由存储器104、存储装置108或处理器102提供的指令125可被实现为非暂态机器可读介质126，该非暂态机器可读介质包括用于指导处理器102执行装置100中的电子操作的代码。处理器102可在互连106上访问非暂态机器可读介质126。例如，非暂态机器可读介质126可由针对存储装置108描述的装置实现，或者可包括特定存储单元，诸如光盘、闪存驱动器或任何数目的其他硬件装置。非暂态机器可读介质126可包括用以指导处理器102执行特定动作序列或流程的指令，例如，如关于上文所描绘的操作和功能性的流程图和框图所描述的。如本文所用的，术语“机器可读介质”和“计算机可读介质”是可互换的。
[0038]
在其他示例中，机器可读介质还包括可存储、编码或携带供机器执行的指令并且致使该机器执行本公开的方法论中的任一者或多者，或者可存储、编码或携带由此类指令利用或与此类指令相关联的数据结构的任何有形介质。因此，“机器可读介质”可包括但不限于固态存储器以及光学和磁性介质。机器可读介质的具体示例包括非易失性存储器，包括但不限于，举例来说，半导体存储器装置(例如，电可编程只读存储器(eprom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom))以及闪存存储器装置；磁盘，诸如内置硬盘和可移动磁盘；磁光盘；以及cd-rom和dvd-rom盘。由机器可读介质实现的指令可进一步经由利用若干传输协议(例如，超文本传输协议(http))中的任一传输协议的网络接口装置，使用传输介质在通信网络上被传输或接收。
[0039]
机器可读介质可由能够以非暂态格式托管数据的存储装置或其他设备提供。在一个示例中，存储于或以其他方式提供于机器可读介质上的信息可表示指令，诸如指令本身或可从其导出指令的格式。可从其导出指令的该格式可包括源代码、经编码指令(例如，以经压缩或经加密形式)、经封装指令(例如，分成多个封装)等。表示机器可读介质中的指令的信息可由处理电路系统处理成指令，以实现本文所论述操作中的任一操作。例如，从信息导出指令(例如，由处理电路系统进行处理)可包括：将信息编译(例如，从源代码、目标代码等)、解释、加载、组织(例如，动态地或静态地链接)、编码、解码、加密、解密、封装、解除封装
成指令，或以其他方式操纵成指令。
[0040]
本文所公开的各个方面可以与说明书和附图中具体呈现的组合不同的组合进行组合。还应该理解，取决于示例，本文描述的过程或方法的任一者的某些动作或事件可以以不同的顺序执行，可以完全添加、合并或省略(例如，执行这些技术可能不需要所有描述的动作或事件)。另外，虽然出于清楚的目的将本公开的某些方面描述为由单个模块或单元执行，但本公开的技术可由与例如医疗设备相关联的单元或模块的组合执行。
[0041]
在一个或多个示例中，描述的技术可在硬件、软件、固件或它们的任何组合中实现。如果在软件中实现，则功能可作为一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质上并由基于硬件的处理单元执行。计算机可读介质可包括非暂态计算机可读介质，其对应于有形介质，诸如数据存储介质(例如，ram、rom、eeprom、闪存存储器，或可用于存储指令或数据结构形式的期望程序代码并且可由计算机访问的任何其他介质)。
[0042]
指令可由一个或多个处理器执行，诸如一个或多个数字信号处理器(dsp)、通用微处理器、专用集成电路(asic)、现场可编程逻辑阵列(fpga)或其他等同的集成或离散逻辑电路系统。因此，如本文所用的术语“处理器”可指前述结构或适于实现所描述的技术的任何其他物理结构中的任一种。另外，本技术可在一个或多个电路或逻辑元件中完全实现。

技术特征：
1.一种电池充电设备，包括：充电器，所述充电器用以对一个或多个电池进行充电；旁路路径，所述旁路路径用以在所述充电器和负载之间提供电力；和计算设备，所述计算设备包括一个或多个处理器，所述计算设备能够操作地耦接到所述充电器并且被配置为：确定是否执行所述一个或多个电池的容量更新；响应于确定执行所述容量更新，确定所述一个或多个电池的现有放电深度(dod)；基于现有dod是否低于阈值来执行放电操作或充电操作；以及在所述放电操作或所述充电操作之后执行所述容量更新。2.根据权利要求1所述的电池充电设备，其中所述一个或多个处理器被配置为通过确定所述一个或多个电池的容量增量是否高于阈值，执行所述一个或多个电池的所述容量更新。3.根据权利要求1所述的电池充电设备，其中所述一个或多个处理器被配置为响应于确定电池电压在所述放电操作或所述充电操作之后是稳定的，通过检测所述一个或多个电池的充电状态(soc)来执行所述一个或多个电池的所述容量更新。4.根据权利要求1所述的电池充电设备，其中所述一个或多个处理器被配置为通过基于所述一个或多个电池在开路条件下的充电状态来估计dod，从而确定现有dod。5.根据权利要求1所述的电池充电设备，其中所述一个或多个处理器被配置为控制所述一个或多个电池进入休止状态，并且控制到所述充电器的所述旁路路径在所述休止状态期间通过所述充电器向所述一个或多个电池提供电力。6.一种系统，包括：根据权利要求1至5中任一项所述的充电设备，所述充电设备用于对一个或多个电池进行充电；和操作地耦接到所述充电设备的一个或多个电池，所述一个或多个电池中的每个电池包括：一个或多个电化学电池单元。7.根据权利要求6所述的系统，其中电池管理系统被配置为通过确定所述一个或多个电池的容量增量是否高于阈值，执行所述一个或多个电池的所述容量更新。8.根据权利要求6所述的系统，其中所述电池管理系统被配置为响应于确定电池电压在所述放电操作或所述充电操作之后是稳定的，通过检测所述一个或多个电池的充电状态(soc)来执行所述一个或多个电池的所述容量更新。9.根据权利要求16所述的系统，其中所述电池管理系统被配置为通过基于所述一个或多个电池在开路条件下的充电状态来估计dod，从而确定现有dod。10.根据权利要求6所述的系统，其中所述电池管理系统被配置为控制所述一个或多个电池进入休止状态，并且控制到所述充电设备的所述旁路路径在所述休止状态期间通过所述充电设备向所述一个或多个电池提供电力。

技术总结
本发明公开了一种用于电池管理的方法，该方法包括确定是否执行电池的容量更新。该方法还可包括响应于确定执行该容量更新，确定该电池的现有放电深度(DoD)。该方法还可包括基于现有DoD是否低于阈值来执行放电操作或充电操作。该方法可包括在该放电或充电操作之后执行该容量更新。还描述了用于电池管理的设备和系统。统。统。


技术研发人员：B
受保护的技术使用者：美敦力公司
技术研发日：2021.12.07
技术公布日：2023/9/23