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CN113167838A - 用于评估可更换蓄电池的健康状态的方法和设备 - Google Patents

用于评估可更换蓄电池的健康状态的方法和设备 Download PDF

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Robert Bosch GmbH
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Abstract

提出一种用于评估可更换蓄电池(12)、尤其用于电动工具的可更换蓄电池组(12)的健康状态的方法，所述方法具有以下方法步骤：i在充电过程期间如此确定所述可更换蓄电池(12)的剩余容量，使得如果没有或只有最小的充电电流(IC)流动，那么通过测量开路电压(UI)来确定第一电荷值(C1)；通过在限定的时间间隔(t2b，t2c)内测量充电电流(ICn)来求取至少一个另外的电荷值(Cn)，直到充电过程完成，并且计算所求取的电荷值的总和(C1+∑nCn)；ii在充电过程期间如此确定所述可更换蓄电池(12)的剩余功率能力，使得在达到预定义的蓄电池电压(UCT)后，短时间地改变充电电流(IC，ICH，ICL)，并且测量相应的蓄电池电压(UC，UC1，UC2)，并且由所测量的充电电流的差(ICH‑ICL)与蓄电池电压的差(UC1‑UC2)的商计算出所述可更换蓄电池(12)的阻抗(Z)。此外，提出一种用于执行根据本发明的方法的充电设备和可更换蓄电池。

Description

用于评估可更换蓄电池的健康状态的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于评估可更换蓄电池(Wechselakkus)、尤其用于电动工具的可更换蓄电池组的健康状态的方法，还涉及用于执行根据独立权利要求的类别的方法的一种充电设备和一种可更换蓄电池。
背景技术
在许多领域中使用可充电电池(以下也称为蓄电池)；要么固定地集成在设备中，要么作为可更换蓄电池或可更换蓄电池组。制造商通常为特定的应用提供可更换蓄电池。然而，同样经常发生的是，相同功率等级或电压等级的可更换蓄电池可以应用于多种不同的设备。这在电动工具、家用器具和园艺设备领域中尤其是这种情况。在下文中，术语电池、蓄电池、可更换蓄电池或可更换蓄电池组在其技术方面和在本发明的范围内应被理解为同义。
以下参数对于蓄电池是特征性的：
·所使用的电池技术(化学)，例如锂离子、锂聚合物、锂金属、Ni-Cd、Ni-MH等。
·电压(最大/标称/最小电压)。这是由电池技术和蓄电池中串联连接的蓄电池单元的数量得出的。
·容量。这通常以安培小时(Ah)表示并且描述蓄电池可以容纳的充电量。它由单个蓄电池单元的容量和蓄电池中并联连接的蓄电池单元的数量计算出的。在给定的蓄电池电压下，更高的容量意味着电池可以存储更多的能量。
·功率能力
Figure BDA0003084106820000011
其例如表示蓄电池可以提供的最大电流。由于蓄电池单元在大电流下会发热，并且仅允许在确定的温度范围内运行，因此蓄电池的功率能力也可以通过蓄电池关于确定的时间或直到完全放电可以提供的电流来描述。功率能力在很大程度上取决于蓄电池的阻抗(内部电阻)。
由于各种老化机制，容量和功率能力可能会随着蓄电池的使用寿命而改变。通常，蓄电池会在其整个生命周期的过程中失去容量和功率能力，这对其“健康状态”有直接影响。蓄电池的急性(akute)的健康状态通常称为“健康状态”(SOH)。
由US 2018/0097370 A1、WO 2014/196933 A1和US 2018/0088181 A2已知用于SOH评估的不同方法。然而，评估可更换蓄电池的健康状态结合了其他困难，因为它们对不同设备和应用的相应的负载和功率要求会部分地明显不同。虽然可以测量设备中的放电电流和充电设备中的充电电流，但是通常不知道可更换蓄电池插入设备或充电设备时的准确的充电状态。因此无法精确地测量剩余容量。直接在可更换蓄电池中测量电流是一种替代方案，但是如果待测量的电流大，则有高的空间需求并且成本较高，这尤其是在大功率电动工具中是这种情况。如果可更换蓄电池要适用于大量不同的设备，这将使SOH的评估变得相当困难。由于设备的功率要求不同，可更换蓄电池的老化可能会产生多种影响：
·减少的剩余容量。在这种情况下，将不再能够实现设备的预期运行时间。
·由于内部电阻的增加而导致剩余容量减少。在这种情况下，一些设备(例如角磨机(Winkelschleifer)之类的高功率工具)只能以降低的功率工作或根本不再工作。
发明内容
本发明所基于的任务在于，能够在充电过程期间精确地评估可更换蓄电池的健康状态。本申请还涉及用于执行根据本发明的SOH评估的一种充电设备和一种可更换蓄电池，尤其是一种用于电动工具的可更换蓄电池组。
本发明涉及一种用于评估可更换蓄电池的健康状态的方法，所述可更换蓄电池尤其是用于电动工具的可更换蓄电池组。根据本发明，至少设置以下方法步骤：
i.在充电过程期间如此确定可更换蓄电池的剩余容量，使得
·如果没有充电电流流动或只有最小的充电电流流动，那么通过测量开路电压来确定第一电荷值(Ladewert)，
·通过以限定的时间间隔测量充电电流来求取至少一个另外的电荷值，直到充电过程完成，并且
·计算所求取的电荷值的总和；
ii.在充电过程期间如此确定可更换蓄电池的剩余功率能力，使得
·在达到预定义的蓄电池电压后，短时间地改变充电电流，并且测量相应的蓄电池电压，并且
·由所测量的充电电流的差与蓄电池电压的差的商来计算可更换蓄电池的阻抗。
由于购买新的可更换蓄电池通常给用户带来高昂的成本，因此如果根据本发明的方法向用户提供关于可更换蓄电池的老化的尽可能连续的信息，以便能够更好地计划可更换蓄电池的更换，这对用户来说是特别有利的。此外，如果用户知道其可更换蓄电池的相应容量和功率能力，则对于用户也是有利的。因此，用户可以根据不同设备的功率要求或运行时间，将各个可更换蓄电池分配给相应合适的应用。对于使用大量电动工具和可更换蓄电池组的公司和手工业者而言，这是特别有利的。
当今用于电动工具的可更换蓄电池组通常包含锂离子电池单元(Li-Ion)，其通常在所谓的CCCV方法(Constant Current Constant Voltage，恒流恒压)中借助常规的充电设备进行充电。在此，充电设备的充电电子器件通过蓄电池组产生恒定的充电电流(Constant Current，缩写CC，恒定电流)，从而蓄电池电压增大。一旦达到最大的蓄电池电压，充电电子器件就将其保持恒定(Constant Voltage，缩写CV，恒定电压)，并且充电电流减小。如果达到充电电流的预定义的最小值，则充电电子器件就会结束充电过程，并且蓄电池单元充满电。从CC阶段到CV阶段的过渡通常在大约80％的充电状态下进行。由于CCCV方法对于本领域技术人员而言是已知的，因此下面将不对其进行进一步讨论。
一方面，蓄电池驱动的“电动工具”应理解为用于借助电驱动的插入式工具(Einsatzwerkzeug)来加工工件的任何设备。因此，电动工具可以构造为手持式电动工具或固定式电动工具机。在这种情况下，典型的电动工具是手持式钻机或固定式钻机、起子、冲击钻机、刨床、角磨机、振动式磨光机(Schwingschleifer)、抛光机等。然而，在本发明的范畴内，诸如草坪修剪机(Rasentrimmer)、树枝切割器
Figure BDA0003084106820000041
等的园艺设备也可以归入术语“电动工具”下。此外，设备应被理解为通常在建筑工地上使用的电动工具。对此的例子是鼓风机、泵、混合机等。本发明还可以应用于蓄电池驱动的家用器具中的可更换蓄电池，所述家用器具例如是吸尘器、移动式电炉、搅拌机等。
在此描述的可更换蓄电池组通常具有壳体，该壳体可以通过机械接口力锁合地(kraftschlüssig)可松脱
Figure BDA0003084106820000042
和/或形状锁合地(formschlüssig)可松脱地与电动工具或充电设备连接。此外，可更换蓄电池组包括至少一个蓄电池单元和电接口，通过该电接口至少一个蓄电池单元可以与电动工具或充电设备电连接。该蓄电池单元可以构造为原电池单元(galvanische Zelle)，其具有一个电池单元极位于一个端部并且另一电池单元极位于相对置的端部的结构。蓄电池单元在一个端部具有正的电池单元极，而在相对置的端部具有负的电池单元极。蓄电池单元优选地构造为基于锂的蓄电池单元，例如锂离子、锂聚合物、锂金属等。但是，本发明也可以应用于Ni-Cd电池单元、Ni-MH电池单元或其他合适的电池单元类型。
可更换蓄电池组的蓄电池电压通常是单个蓄电池单元的电压的倍数，并且由蓄电池单元的互连(并联或串联)产生。在电池单元电压为3.6V的普通的锂离子蓄电池单元中，得到3.6V、7.2V、10.8V、14.4V、18V、36V等的示例性蓄电池电压。蓄电池单元优选地构造为至少基本上圆柱体状的圆形电池单元，其中，电池单元极布置在圆柱体形状的端部。电接口包括尤其至少两个构造用于传递能量的电接通元件。然而，替代地，电接口也可以具有用于感应充电的次级充电线圈元件。附加地，电接口可以具有另外的接通元件，所述另外的接通元件构造为用于将优选地通过集成在可更换蓄电池组中的电子器件求取的信息传递到电动工具和/或充电设备中。在此，除了健康状态之外，这还可以是例如可更换蓄电池组的充电状态、可更换蓄电池组内的温度、可更换蓄电池组的编码或剩余容量。
在本发明的一种特定的构型中，以CCCV方法执行充电过程，其中，，为了确定剩余容量，在CC阶段之前求取第一电荷值并且在CC阶段和CV阶段期间求取另外的电荷值。因此，在CC阶段之前测量开路电压，并且接下来执行所谓的“库仑计数(Coulomb Couting)”，其检测电子数量以确定蓄电池中的电荷。
优选地，仅在CC阶段期间通过以下方式确定可更换蓄电池的剩余功率能力：在达到预定义的蓄电池电压之后，将充电电流关于确定的时间段从第一值降低到第二值。此外，为了确定可更换蓄电池的剩余功率能力，在改变充电电流之后可以分别经过(verstreichen)一个等待时间，直到测量出蓄电池电压。此外设置，在充电过程期间、尤其在CC阶段期间，以规则的时间间隔重复剩余功率能力的确定。
补充地，在另一方法步骤中设置，测量可更换蓄电池的温度。然后可以根据所测量的温度来校正可更换蓄电池的计算的阻抗。这是特别有利的，因为温度对可更换蓄电池的阻抗有很大影响，因此也直接影响其当前的健康状态。
阻抗随时间的过程而增加是蓄电池单元的老化效应。相反地，可更换蓄电池或充电设备中的导电元件(接通部、印制导线、电缆等)的阻抗变化可以忽略不计。因此特别有利的是，直接在可更换蓄电池中进行电压测量，以便忽略导电元件的阻抗。可以测量各个电池单元电压或整个蓄电池电压。在充电过程期间，该阻抗测量可以进行一次或多次。多次测量实现可信度检验，从而避免测量错误，而且还可以进行更精确且更详细的评估。
特别有利地，可以将可更换蓄电池的剩余容量、剩余功率能力和/或健康状态在显示单元上输出。在此，不仅显示器(LCD、OLED、电子纸(ePaper)等)可以用作显示单元，而且可更换蓄电池组、充电设备或者替代地或附加地智能手机、平板电脑、PC等的LED显示可以用作显示单元。可更换蓄电池与所提及的显示设备之间的通信通过相应的通信接口进行。在此，专有的BUS同样可以投入使用，例如通过标准协议通过电缆或无线电的传递。
本发明还涉及用于执行根据本发明的方法的一种充电设备和一种可更换蓄电池，该可更换蓄电池尤其是用于电动工具的可更换蓄电池组。
附图说明
接下来根据图1至图4示例性地阐述本发明，其中，附图中相同的标记表示具有相同作用方式的相同组成部分。
附图示出：
图1示出一种系统，该系统包括用于未示出的电动工具的可更换蓄电池组、用于为可更换蓄电池组充电的充电设备以及以智能电话形式的外部设备，其中，该充电设备和可更换蓄电池组尤其用于执行根据本发明的方法；
图2示出用于说明根据本发明的方法的基于CCCV充电方法的曲线图；
图3示出用于说明在根据本发明的方法的框架中的阻抗测量的曲线图；
图4示出用于说明在根据本发明的方法的框架中的阻抗测量的另一曲线图。
具体实施方式
图1示出用于电动工具(未示出)的可更换蓄电池组12充电的充电设备10。使用针对不同电动工具的可更换蓄电池组对于本领域技术人员是众所周知的，因此在此不作更详细的讨论。
为了给可更换蓄电池组12充电，它以其机电接口14插入到充电设备10的相应机电接口14中，从而实现从充电设备10到可更换蓄电池组12的能量传输。同时，可以通过机电接口14传输与充电参数(例如温度、充电状态、剩余容量等)有关的数据和/或与可更换蓄电池组12的健康状态有关的数据。本领域技术人员已知蓄电池组、充电设备和电动工具的机电接口14一方面设计用于给电动工具供电，另一方面设计用于借助充电设备10对可更换蓄电池组12进行充电，因此这一点不再进一步讨论，特别是因为这对于本发明而言没有进一步的意义。此外应该指出，本发明也可以不受限制地应用于无线地、尤其感应式地工作的充电设备和可更换蓄电池。
借助操作单元16，用户可以例如在充电设备10上设置不同的充电模式。在此，可以在“标准(Standard)”模式(通常为CCCV充电方法)、具有增大的充电电流和非常短的充电时间的“升压(Boost)”模式、具有特别低的充电电流和非常长的充电时间的“长使用寿命(Long-Life)”模式、具有低充电电流和较长充电时间的“储存(Storage)”模式、以及具有与“储存”模式相对应的充电电流和充电时间但相比之下降低的充电极限的“飞行(Flight)”模式之间作区分。在此仅示例性地提及各个充电模式，并不限制本发明。此外，操作单元16通过一个或多个LED和/或具有不同颜色和/或闪烁频率的显示器用作当前设置的充电模式的显示18。
通过接口20，用户可以替代地或附加地借助具有相应的对接接口(Gegenschnittstelle)26的外部设备24(例如智能手机、平板电脑、PC、遥控器等)来切换充电模式，所述接口20可以——如已经提及地那样——构造作为机电接口14的无线电接口22(例如蓝牙、WLAN、NFC、无线个域网(Zigbee)、LoRa、GSM、UMTS等)，但也可以构造作为有线接口(例如USB、以太网、雷电接口(Thunderbolt)、闪电接口(Lightning)、RS232等)。此外，用户借助接口20、22、26接收给外部设备24的关于当前设置的充电模式、上述充电参数和/或可更换蓄电池组12的健康状态的反馈。
充电设备10还具有充电状态显示28，该充电状态显示被划分为用于不同充电状态范围的多个显示区段(例如<＝20％，<＝40％，<＝60％，<＝80％，<＝100％)。因此，用户可以快速且容易地识别所插入的可更换蓄电池组12的充电状态。充电状态显示28可以如此构造，使得所有区段都分别用于显示当前设置的充电模式。然后替代地也可以设想，区段总是与待充电的可更换蓄电池组12的完全充电状态有关，其中，当前所设置的充电模式的充电过程的结束例如通过单个或多个区段的闪烁或另一颜色来显示，直到当前的充电极限。借助状态显示30，充电设备10可以向用户发信号通知充电设备10和/或可更换蓄电池组12中的任何故障，例如温度过高或充电过程的临界中断，以及可更换蓄电池组12的临界健康状态。显示18、28、30可以通过单色或多色的LED、通过LCD或OLED元件、通过电子纸等来实现。补充地或替代地，单个或全部显示18、28、30也可以实现为声音信号发生器和/或触觉信号发生器。在此，扬声器、尤其压电式扬声器例如可以考虑作为声音信号发生器，而具有由其驱动的不平衡盘(Unwuchtscheibe)的电动机形式的振动发生器可以考虑作为触觉信号发生器。
如果可更换蓄电池组12以其机电接口14插入到充电设备10的机电接口14中，那么通过将充电设备10的电源插头32插入到插座中，充电设备10自动地开始充电过程。同样，在插入电源插头32的情况下可以通过将可更换蓄电池组12插入到充电设备10中和/或在操纵操作单元16之后开始充电过程。当可更换蓄电池组12充满电和/或用户从充电设备10中移除可更换蓄电池组12时，正常地结束充电过程。此外，在探测到故障的情况下或当可更换蓄电池组12已经达到临界健康状态时，充电装置10结束充电过程。
此外，可以通过接口20和/或操作单元16将充电设备10重置为出厂状态。为此，充电装置10包括控制单元34，例如以未示出的、但本领域技术人员已知的微处理器的形式，其具有相应的重置功能或复位功能，其响应于操作单元16的操纵。
现在将参考图2阐述根据本发明的基于可更换蓄电池组12的剩余容量和功率能力来评估健康状态的方法。在图2中绘制了充电电流IC随时间t的变化曲线。
在第一方法步骤I中，在充电过程期间如此确定可更换蓄电池组12的剩余容量，使得如果没有充电电流流动或只有最小的充电电流IC流动，那么通过测量开路电压UI(也称为Open Circuit Voltage)来确定第一电荷值C1。在可更换蓄电池组12已经插入到充电设备10中之后，在时间点t1测量开路电压UI。该测量可以在充电设备10中(直接测量蓄电池电压)和/或在可更换蓄电池组12中进行，其中，检测各个蓄电池单元的总蓄电池电压或电池单元电压。在实际充电过程之前，可以根据开路电压UI通过存储的充电状态曲线/开路电压曲线或借助相应的查找表来求取可更换蓄电池组12的充电状态(例如以Ah为单位的充电量)。充电状态和开路电压之间的关系可能会根据蓄电池而有很大不同，这就是为什么对于每个可更换蓄电池组12的个体化的曲线和/或表格都是有意义的原因。
然后以限定的时间间隔通过测量相应的充电电流ICn来确定至少一个另外的电荷值Cn，直到完成充电过程为止。为此，在测量了开路电压UI之后，在时间点t2开始充电方法。充电设备10产生充电电流IC，该充电电流直到最大蓄电池电压(CC阶段)都是恒定的，并且当在时间点t3达到最大蓄电池电压时被向下调节，由此蓄电池电压保持恒定(CV阶段)。
在整个充电过程期间，充电设备10以限定的间隔测量充电电流ICn。这些值由控制单元34的微控制器在计数器中求和。在充电过程在时间点t4结束时，如果充电电流IC在CV阶段期间已经达到预定义的最小值ICT，充电设备10就会关断。然后，检测到的充电电流值ICn的总和得到可更换蓄电池组12的完全充电量∑nCn(例如以Ah为单位)。此方法也称为“库仑计数”，因为它检测电子的数量。在第一方法步骤I的最后，最终计算出所求取的电荷值的总和C1+∑nCn，基于此得到可更换蓄电池组12中仍可充电的剩余总容量。
在另一方法步骤II中，在充电过程期间如此确定可更换蓄电池组12的剩余功率能力，使得首先在达到预定义的蓄电池电压UCT之后，短时间地改变充电电流IC并测量相应的蓄电池电压UC。然后根据所测量的蓄电池电压的差与充电电流的差的商来计算可更换蓄电池组12的阻抗Z。
根据图3，当达到预定义的蓄电池电压UCT时，在CC阶段(参见图2)期间的充电电流IC在时间点t2a关于确定的时间段Δt从第一值ICH减小到预定义的第二值ICL。在经过短暂的等待时间ΔtD以张弛(Relaxation)蓄电池电压(例如几秒钟)之后，在时间点t2b首次测量蓄电池电压UC1。在经过时间段Δt之后，充电电流IC再次增加到第一值ICH，并且在相同的等待时间ΔtD之后，在时间点t2c再次测量蓄电池电压UC2。替代地，也可以在第一充电电流值ICH下进行第一测量，并且可以在减小的充电电流值ICL下进行第二测量。此外，并非绝对必要的是，在时间点t2b和t2c之前的等待时间ΔtD具有相等的长度。
由于两次测量仅彼此相隔几秒钟，因此充电状态不会改变或仅不显著地改变。通过由两个蓄电池电压值的差UC2-UC1与所属的充电电流值的差ICH-ICL求出商，最终可以近似地求取可更换蓄电池组12的阻抗Z(更确切地说是直流阻抗或者说内部电阻)。在此适用的是，可更换蓄电池组12的功率能力与所求取的阻抗Z成反比。换句话说，所求取的阻抗Z越高，可更换蓄电池组12的功率能力就越低。此外还应考虑到，可更换蓄电池组12的阻抗Z随它的年龄而增加。
在求取充电设备10中的阻抗Z时，以下方面也可能很重要：
·电池的阻抗Z与温度非常相关。因此，在求取阻抗期间检测可更换蓄电池组12的温度T，并且基于阻抗Z根据该温度T来确定功率能力。
·阻抗Z随着蓄电池年龄的增加而增加是蓄电池单元老化的效应。相反地，可更换蓄电池组12或充电设备10中的导电元件(接通部、印制导线、电缆等)的阻抗几乎不变。因此特别有利的是，直接在可更换蓄电池组12中进行电压测量，以便排除导电元件的阻抗的影响。在此，可以测量各个电池单元电压或可更换蓄电池组12的整个蓄电池电压。
·根据图4，在CC阶段内的充电过程期间，上述阻抗测量也可以进行多次。在时间点t2b1，t2b2，...t2bn和t2c1，t2c2，...t2cn的多次测量实现可信度检验，从而避免测量错误，并实现对可更换蓄电池组12的健康状态的更精确且更详细的评估。
SOH评估所需的测量(例如电压、温度值等)可以在充电设备10或待充电的可更换蓄电池组12中进行。如果它们在可更换蓄电池组12中执行，则可以通过已经结合图1阐述的通过接通连接的接口14(例如有线连接地)和/或通过非接通连接或无线连接的接口20或22将所求取的值发送到充电设备10。然后，可以要么在充电设备10中，要么补充地或替代地通过外部设备24中的无线电接口22和26对测量进行分析处理。如果在充电设备10中进行分析处理，则可以直接通过充电状态显示28和/或状态显示30输出结果。如果在外部设备24中进行该分析处理，则可以通过其显示器以更多的细节和阐述来实现显示。当然，也可以在充电设备10中、在可更换蓄电池组12中或在外部设备24中进行计算和分析处理，并分别在另外的设备10、12或24中显示结果。由于分析处理通常是复杂的并且需要大量的数据(关于不同可更换蓄电池组的存储的曲线和表格)和资源(复杂的公式)，因此特别有利的是，直接在外部设备24中进行分析处理。这节省了处理器的成本且必要时节省了充电设备10中的结构空间，并且可以使用更成本有利的微处理器作为控制单元34。附加地，在外部设备24中的分析处理允许根据数据采集进行后续优化，例如通过安装在外部设备24上的应用程序的更新。此外，可更换蓄电池组12的、在销售充电设备10时还不存在的数据可以后续存储在外部设备24中。如果在具有相应的功率强大的控制单元34的充电设备10中进行分析处理，那么当然也可以通过其接口20、22进行数据更新。
最后，应当指出，所示的实施例并不限于图1至图4，也不限于所描述的CCCV充电方法。因此，本发明也可以用于具有不同充电曲线的另一种合适的充电方法。还可以使用多于两个不同的充电电流ICH、ICL和蓄电池电压UC1、UC2，以便在相应的合适的采样时间点确定可更换蓄电池组12的阻抗Z或剩余功率能力。

Claims (10)

1.一种用于评估可更换蓄电池(12)的健康状态的方法，所述可更换蓄电池尤其是用于电动工具的可更换蓄电池组(12)，其中，所述方法具有以下方法步骤：
i.在充电过程期间如此确定所述可更换蓄电池(12)的剩余容量，使得
·如果还没有充电电流(IC)流动或只有最小的充电电流(IC)流动，那么通过测量开路电压(UI)来确定第一电荷值(C1)，
·通过以限定的时间间隔(t2b，t2c)测量充电电流(ICn)来求取至少一个另外的电荷值(Cn)，直到所述充电过程完成，
·计算所求取的电荷值的总和(C1+∑nCn)；
ii.在所述充电过程期间如此确定所述可更换蓄电池(12)的剩余功率能力，使得
·在达到预定义的蓄电池电压(UCT)之后，短时间地改变充电电流(IC，ICH，ICL)，并且测量相应的蓄电池电压(UC，UC1，UC2)，
·由所测量的充电电流的差(ICH-ICL)与所测量的蓄电池电压的差(UC1-UC2)的商来计算所述可更换蓄电池(12)的阻抗(Z)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以CCCV方法执行所述充电过程，其中，为了确定所述剩余容量，在CC阶段之前求取所述第一电荷值(C1)，并且在所述CC阶段和CV阶段期间求取所述另外的电荷值(Cn)。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，仅在所述CC阶段期间通过以下方式确定所述可更换蓄电池(12)的剩余功率能力：在达到所述预定义的蓄电池电压(UCT)之后，将所述充电电流(IC)关于确定的时间段(Δt)从第一值(ICH)降低到第二值(ICL)。
4.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为了确定所述可更换蓄电池(12)的剩余功率能力，在改变所述充电电流(IC，ICH，ICL)之后分别经过一个等待时间(ΔtD)，直到测量出所述蓄电池电压(UC，UC1，UC2)。
5.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述充电过程期间，尤其在所述CC阶段期间，以规则的时间间隔(t2b1，t2b2，...t2bn；t2c1，t2c2，...t2cn)重复所述剩余功率能力的确定。
6.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在另一方法步骤中，测量所述可更换蓄电池(12)的温度(T)。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据所测量的温度(T)来校正所述可更换蓄电池(12)的计算的阻抗(Z)。
8.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将所述可更换蓄电池(12)的剩余容量、所述可更换蓄电池(12)的剩余功率能力和/或所述可更换蓄电池(12)的健康状态在显示单元(18，24，28，30)上输出。
9.一种充电设备(10)，所述充电设备用于执行根据以上权利要求中任一项所述的方法。
10.一种可更换蓄电池(12)，所述可更换蓄电池用于执行根据权利要求1至8中任一项所述的方法，并且所述可更换蓄电池尤其是可更换蓄电池组(12)。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117368743A (zh) * 2023-12-05 2024-01-09 深圳市易检车服科技有限公司 电池健康状态评估方法、装置、计算机设备及存储介质

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111273181A (zh) * 2020-02-28 2020-06-12 苏州浪潮智能科技有限公司 电池备电单元监测方法、装置、服务器及可读存储介质
US11125707B1 (en) * 2020-08-18 2021-09-21 Element Energy, Inc. Methods and systems for in-situ impedance spectroscopy analysis of battery cells in multi-cell battery packs
CN112172608B (zh) * 2020-09-11 2022-05-10 广州小鹏汽车科技有限公司 电池监测方法、装置、车辆及存储介质
CN114204699B (zh) 2020-09-18 2024-11-01 意法半导体有限公司 Nfc充电
FR3114472B1 (fr) * 2020-09-18 2022-12-09 St Microelectronics Ltd Charge NFC
US20220137147A1 (en) * 2020-10-29 2022-05-05 Milwaukee Electric Tool Corporation Detecting battery pack type based on battery pack impedance
WO2023015501A1 (zh) 2021-08-11 2023-02-16 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种充电电流的测试方法、装置及充电测试系统
EP4137830A1 (de) * 2021-08-20 2023-02-22 Hilti Aktiengesellschaft Verfahren zum bestimmen der kapazität eines akkumulators
EP4137831A1 (de) * 2021-08-20 2023-02-22 Hilti Aktiengesellschaft Verfahren zum bestimmen des gesundheitszustands eines akkumulators
DE102022210471A1 (de) 2022-10-04 2024-04-04 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zur Analyse eines Zustands eines Akkupacks, Analysevorrichtung, System und Computerprogramm
DE102022210477A1 (de) 2022-10-04 2024-04-04 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zur Analyse eines Zustands eines Wechselakkupacks, Wechselakkupack, System und Computerprogramm
CN115395119B (zh) * 2022-10-26 2023-05-09 上海红檀智能科技有限公司 一种基于电池残余容量的充电桩自适应快速充电方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101078750A (zh) * 2007-06-28 2007-11-28 中国科学院电工研究所 车载电池监控系统
US20130110428A1 (en) * 2011-10-26 2013-05-02 Industrial Technology Research Institute Method And System For Estimating A Capacity Of A Battery
WO2014196933A1 (en) * 2013-06-06 2014-12-11 Nanyang Technological University Battery charging devices, battery charging methods, battery systems, and methods for controlling batteries
US20150309122A1 (en) * 2014-04-03 2015-10-29 Nokia Corporation Battery state estimation method
CN106970327A (zh) * 2017-01-11 2017-07-21 深圳市沛城电子科技有限公司 一种电池的荷电状态估算方法及装置
CN106997026A (zh) * 2016-01-25 2017-08-01 大众汽车有限公司 用于确定铅酸蓄电池的剩余电容量的方法和装置
US20180088181A1 (en) * 2015-07-02 2018-03-29 Huawei Technologies Co., Ltd. Apparatus and method for detecting battery state of health
US20180097370A1 (en) * 2016-10-05 2018-04-05 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and apparatus with battery charging control

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10056971A1 (de) * 2000-11-17 2002-05-23 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Ladezustandes einer Batterie
EP2472277A3 (en) * 2003-06-27 2012-10-17 The Furukawa Electric Co., Ltd. Method and device for measuring secondary cell internal impedance and judging deterioration
EP3109654A1 (de) * 2015-06-24 2016-12-28 HILTI Aktiengesellschaft Verfahren zum ermitteln eines ladungsspeichervermögens eines akkus

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101078750A (zh) * 2007-06-28 2007-11-28 中国科学院电工研究所 车载电池监控系统
US20130110428A1 (en) * 2011-10-26 2013-05-02 Industrial Technology Research Institute Method And System For Estimating A Capacity Of A Battery
WO2014196933A1 (en) * 2013-06-06 2014-12-11 Nanyang Technological University Battery charging devices, battery charging methods, battery systems, and methods for controlling batteries
US20150309122A1 (en) * 2014-04-03 2015-10-29 Nokia Corporation Battery state estimation method
US20180088181A1 (en) * 2015-07-02 2018-03-29 Huawei Technologies Co., Ltd. Apparatus and method for detecting battery state of health
CN106997026A (zh) * 2016-01-25 2017-08-01 大众汽车有限公司 用于确定铅酸蓄电池的剩余电容量的方法和装置
US20180097370A1 (en) * 2016-10-05 2018-04-05 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and apparatus with battery charging control
CN106970327A (zh) * 2017-01-11 2017-07-21 深圳市沛城电子科技有限公司 一种电池的荷电状态估算方法及装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117368743A (zh) * 2023-12-05 2024-01-09 深圳市易检车服科技有限公司 电池健康状态评估方法、装置、计算机设备及存储介质
CN117368743B (zh) * 2023-12-05 2024-03-19 深圳市易检车服科技有限公司 电池健康状态评估方法、装置、计算机设备及存储介质

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Publication number Publication date
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WO2020108970A1 (de) 2020-06-04
EP3887837A1 (de) 2021-10-06
US20220057453A1 (en) 2022-02-24

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