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TW202132798A - 監測電池剩餘電量的裝置及其方法 - Google Patents

監測電池剩餘電量的裝置及其方法 Download PDF

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TW202132798A
TW202132798A TW109106614A TW109106614A TW202132798A TW 202132798 A TW202132798 A TW 202132798A TW 109106614 A TW109106614 A TW 109106614A TW 109106614 A TW109106614 A TW 109106614A TW 202132798 A TW202132798 A TW 202132798A
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林子閔
王鏑程
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天揚精密科技股份有限公司
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Abstract

一種監測電池剩餘電量的裝置及其方法，包括:量測一電池的第一開路電壓值、第一導通電壓值與第一導通電流值並獲得該電池的一內電阻值；再藉以於二個不同時間分別量測並獲得第二開路電壓值與第三開路電壓值；並與預設的對照表或關係曲線相比較，並計算第三剩餘電量百分比值與第二剩餘電量百分比值的差值而獲得一剩餘電量百分比值差值；同時在該二個不同時間區間量測該電池的複數導通電流值，並對時間積分而計算得一庫倫電量；根據該剩餘電量百分比值差值除以該庫倫電量而獲得該電池當下的最大電量；再藉由開路電壓法或庫倫積分法，而獲得該電池一剩餘電量。

Description

監測電池剩餘電量的裝置及其方法
本發明係有關於一種電池壽命檢測裝置，尤其是關於一種監測電池剩餘電量的裝置及其方法。
隨著電子技術的快速發展，終端設備例如充作可攜式電子產品、手機以及平板電腦等在人們的日常生活中越來越重要，終端設備通常需要通過充電來維持運行，所以終端設備的剩餘電量的顯示對於用戶來說很重要。
另可靠的判定電動車運輸中之電池剩餘電量的能力係製造商及消費者同樣高度重視者，用以計算車輛之剩餘使用時間及可行駛距離，在汽油車的情況下，燃料位準可簡單地測量，然而，在電動及混合車以及電子裝置中，因為電池係充作其電源之用，因電池劣化而壽命/續航力衰退，所以較難以準確測量該電池中所累積之剩餘電量，導致單以電池電壓顯示電量比例，並無法給予使用者充分的資訊，因為同樣是充飽100%狀況下，其新舊電池的電量並不相同，而容易造成困擾，特別是電動機車、腳踏車及電動車，更有此需求，其他電動裝置，例如吸塵器、掃地機器人等亦有需要。
又以電池的電壓和電流計算出該電池電量的方式，目前有開路電壓法及庫倫積分法。其中開路電壓法為藉由量測電池的開路電壓值，再藉由電池開路電壓與電池電量百分比的相關性，即可得知電池內部的電量百分比，例如鋰電池4.2V開路電壓值對應到100%電量，鋰電池3.0V開路電壓值對應到0%電量，此關係不會隨著電池老化而改變，因此透過量測開路電壓可以有效的知道剩餘的電量百分比，然而開路電壓法的缺點是需要離線開路量測，且在不知道電池當下的最大電量的情況下，無法有效的預估剩餘電量。
然而庫倫積分法一般以安培小時（AH ）表示，也就是以電流對時間積分，當電池在進行充電動作時，可以由初始之電池電量進行庫倫積分法累加，獲得任何計算期間的電池電量，電池電量表示：
Figure 02_image002
其中，t 為電流充電時間，T0 為初始時間， Tn 為目前時間，QT0 為初始電量，QTn 為目前電量，I(t) 為充電電流，以流入電池之電量以安培-小時之方式加總計算其電量，庫倫積分法優點是可以得到準確的庫倫電量，但庫倫積分法的缺點是需要有精確的電流和時間量測能力，其通常會因為時間和電流的量測誤差而持續累積加大所計算得到的電量誤差，而所累積的誤差只有在進行完全充電或完全放電的情形下才能予以消除，由於在”當下的最大電量(壽命)”未知的狀態下無法知道還可以充入多少的電量，且電池當下的最大電量會隨著不同的充放電條件與電池老化而改變，因此無法使用預設或上一次的最大電量做代入，意即無法精確地計算電池電量，也因此無法有效的預估可以使用的剩餘時間。
有鑑於上述缺失，因此本發明之一目的係提供一種改良式的監測裝置及其方法用以監測電池的剩餘電量，本發明提出一精確的電池當下最大電量量測技術，透過以開路電壓法量測任意兩時間點的當前電量百分比以獲得電量百分比差值並同時使用庫倫積分法量測該兩時間區間通過的庫倫電量，即可計算出電池當下的最大電量，因此藉由正確估算當下的的最大電量，後續不論使用開路電壓法或庫倫積分法都可以有效的估算電池剩餘電量。
為達成上述目的，本發明提供一種監測電池剩餘電量的裝置，與一電池電性連接，包括一電壓量測單元，與該電池電性連接，用以分別量測該電池之第一開路電壓值、第一導通電壓值、第二開路電壓值、第二導通電壓值、第三開路電壓值或第三導通電壓值；一電流量測單元，與該電池電性連接，用以分別量測該電池之第一導通電流值、第二導通電流值或第三導通電流值；以及一控制單元，分別與該電壓量測單元及該電流量測單元電性連接；其中該控制單元用以根據該電壓量測單元所量測之該第一開路電壓值、該第一導通電壓值，以及該電流量測單元所量測之該第一導通電流值，以獲得該電池的一內電阻值；該控制單元在二個不同時間T1與T2分別根據該電壓量測單元所量測之該第二導通電壓值與該第三導通電壓值，該電流量測單元所量測之該第二導通電流值與該第三導通電流值，以及該內電阻值，以獲得第二開路電壓值與第三開路電壓值，根據該第二開路電壓值與該第三開路電壓值與預設的一複數開路電壓值與剩餘電量百分比之對照表或關係函數曲線相比較，而獲得該第二開路電壓值與該第三開路電壓值對應的第二剩餘電量百分比值與第三剩餘電量百分比值，並計算該第三剩餘電量百分比值與該第二剩餘電量百分比值的差值而獲得一剩餘電量百分比值差值；同時，在該二個不同時間T1與T2時間區間量測該電池的複數導通電流值，將該複數導通電流值對T1與T2時間區間的時間積分而計算得到該T1與T2 時間區間通過的一庫倫電量；根據該庫倫電量除以該剩餘電量百分比值差值，而獲得該電池當下的最大電量；以及根據該電池當下的最大電量，再藉由開路電壓法或庫倫積分法，而獲得該電池任一時間點的一剩餘電量。
為達成上述目的，本發明提供一種監測電池剩餘電量的裝置，包括一電池；一電壓量測單元，與該電池電性連接，用以分別量測該電池之第一開路電壓值、第一導通電壓值、第二開路電壓值、第二導通電壓值、第三開路電壓值或第三導通電壓值；一電流量測單元，與該電池電性連接，用以分別量測該電池之一第一導通電流值、第二導通電流值或第三導通電流值；以及一控制單元，分別與該電壓量測單元及該電流量測單元電性連接；其中該控制單元用以根據該電壓量測單元所量測之該第一開路電壓值、該第一導通電壓值，以及該電流量測單元所量測之該第一導通電流值，以獲得該電池的一內電阻值；該控制單元在二個不同時間T1與T2分別根據該電壓量測單元所量測之該第二導通電壓值與該第三導通電壓值，該電流量測單元所量測之該第二導通電流值與該第三導通電流值，以及該內電阻值，以獲得第二開路電壓值與第三開路電壓值，根據該第二開路電壓值與該第三開路電壓值與預設的一複數開路電壓值與剩餘電量百分比之對照表或關係曲線相比較，而獲得該第二開路電壓值與該第三開路電壓值對應的第二剩餘電量百分比值與第三剩餘電量百分比值，並計算該第三剩餘電量百分比值與該第二剩餘電量百分比值的差值而獲得一剩餘電量百分比值差值；同時，在該二個不同時間T1與T2時間區間量測該電池的複數導通電流值，將該複數導通電流值對T1與T2時間區間的時間積分而計算得到該T1與T2時間區間通過的一庫倫電量；根據該庫倫電量除以該剩餘電量百分比值差值，而獲得該電池當下的最大電量；以及根據該電池當下的最大電量，再藉由開路電壓法或庫倫積分法，而獲得該電池任一時間點的一剩餘電量。
又，為達成上述目的，本發明所述一種監測電池剩餘電量的裝置，其中該剩餘電量可以該電池當下的最大電量同時分別再藉由該開路電壓法獲得該電池的第一剩餘電量以及該庫倫積分法獲得該電池的第二剩餘電量，將第一剩餘電量與第二剩餘電量互相比對處理，並輸出該剩餘電量。
又，為達成上述目的，本發明所述一種監測電池剩餘電量的裝置，其進一步包括一耦接至該控制單元的一顯示單元，其中該顯示單元係被配置以根據該剩餘電量來顯示該電池剩餘電量的資訊。
又，為達成上述目的，本發明所述一種監測電池剩餘電量的裝置，其中該控制單元係一微控制單元(Microcontroller Unit，MCU)、一個人電腦（Personal Computer，PC）、一可程式化邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）或一現場可程式化閘陣列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)。
為達成上述目的，本發明提供一種監測電池剩餘電量的方法，包括量測一電池的第一開路電壓值、第一導通電壓值與第一導通電流值；根據該第一開路電壓值、該第一導通電壓值與該第一導通電流值獲得該電池的一內電阻值；在二個不同時間T1與T2分別量測該電池的第二導通電壓值與第三導通電壓值、第二導通電流值與第三導通電流值；根據該內電阻值、該第二導通電壓值、該第三導通電壓值、該第二導通電流值與該第三導通電流值，獲得第二開路電壓值與第三開路電壓值；根據該第二開路電壓值、該第三開路電壓值與預設的一複數開路電壓值與剩餘電量百分比之對照表或關係函數曲線相比較，而獲得該第二開路電壓值與該第三開路電壓值對應的第二剩餘電量百分比值與第三剩餘電量百分比值；同時，在該二個不同時間T1與T2時間區間量測該電池的複數導通電流值，將該複數導通電流值對該T1與T2時間區間的時間積分而計算得到該T1與T2時間區間通過的一庫倫電量；根據該第二剩餘電量百分比值、該第三剩餘電量百分比值與該庫倫電量，獲得該電池當下的最大電量；以及根據該電池當下的最大電量，再藉由一開路電壓法或一庫倫積分法，而獲得該電池任一時間點的一剩餘電量。
又，為達成上述目的，本發明所述一種監測電池剩餘電量的方法，其中根據量測該電池的該第一開路電壓值VOC1 、該第一導通電壓值VBC1 與該第一導通電流值 I1 而獲得該電池的該內電阻值R，具體為：滿足以下的公式(1) ：R = (VBC1 –VOC1 ) /  I1 ，計算該內電阻值R，其中VOC1 為該第一開路電壓值，VBC1 為該第一導通電壓值，I1 為該第一導通電流值。
又，為達成上述目的，本發明所述一種監測電池剩餘電量的方法，其中根據該內電阻值、該第二導通電壓值、該第三導通電壓值、該第二導通電流值與該第三導通電流值， 獲得該第二開路電壓值與該第三開路電壓值，具體為：滿足以下的公式(2) ：VOC2 = VBC2 – I2 × R，計算該第二開路電壓值VOC2 ，以及公式(3) ：VOC3 = VBC3 – I3 × R，計算該第三開路電壓值VOC3 ，其中VBC2 為該第二導通電壓值，I2 為該第二導通電流值，VBC3 為該第三導通電壓值，I3 為該第三導通電流值，R為該內電阻值。
又，為達成上述目的，本發明所述一種監測電池剩餘電量的方法，其中根據該第二剩餘電量百分比值、該第三剩餘電量百分比值與該庫倫電量，獲得該電池當下的最大電量，具體為：滿足以下的公式(4) ：QMAX = QT1T2 /(QP3 –QP2 )，獲得該電池當下的最大電量QMAX ，其中QP2 為該T1時間該電池的第二剩餘電量百分比值，QP3 為該T2時間該電池的第三剩餘電量百分比值，QT1T2 為該T1與T2時間區間通過的一庫倫電量，QT1T2 為負值則代表電量減少，電流從電池流出。
又，為達成上述目的，本發明所述一種監測電池剩餘電量的方法，其中該剩餘電量可以該電池當下的最大電量同時分別再藉由該開路電壓法獲得該電池的第一剩餘電量以及該庫倫積分法獲得該電池的第二剩餘電量，將第一剩餘電量與第二剩餘電量互相比對處理，並輸出該剩餘電量，以提升監測該剩餘電量的準確度。
藉由本發明提供的一種監測電池剩餘電量的裝置，使用者可採用較簡單之硬體元件組成，包括但不限於電壓量測單元、電流量測單元以及控制單元等。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。然而，在本發明領域中具有通常知識者應能瞭解，該等詳細說明以及實施本發明所列舉的特定實施例，僅係用於說明本發明，並非用以限制本發明之專利申請範圍。
以下，配合圖式列舉各根據本發明而成之較佳實施例，來對本發明所揭示的組成構件及達成功效作說明。然各圖式中所示選單設定裝置的構件、尺寸及外觀僅用來說明本發明的技術特徵，而非對本發明構成限制。
參考第1圖以及第3圖所示第一實施例，本發明的監測電池剩餘電量的裝置100連接一電池10，包括電壓量測單元20，與該電池10電性連接，電流量測單元30(例如電流計)，與該電池10電性連接，控制單元40，分別與該電壓量測單元20及該電流量測單元30電性連接；本實施例中，電流流過電池10內阻會造成壓降，量測的電池10端點電壓包含了此一壓降，藉由電壓量測單元20量測電池10離線前第一導通電壓值V BC1 和電池10離線後第一開路電壓值V OC1 的壓差並配合電流量測單元30量測第一導通電流值I1 ，可以求得該電池10內電阻值R，具體為：滿足以下的公式(1) ： R = (V BC1 – V OC1 ) /  I1 ，其中，V OC1 可以透過離線量測獲得，V BC1 可以透過導通量測獲得， I1 可以透過外掛電流計量測獲得，因此可以求出電池10內電阻值R。
同時繼續參考第1圖以及第3圖所示第一實施例，本實施例中，在二個不同時間T1與T2分別根據該電壓量測單元20 透過導通量測獲得於T1時間所量測之第二導通電壓值V BC2 與於T2時間所量測之第三導通電壓值V BC3 ，以及同時該電流量測單元30於T1時間所量測之第二導通電流值I 2 與於T2時間所量測之第三導通電流值I 3 ，以及前述所計算得到之該內電阻值R，而獲得第二開路電壓值V OC2 與第三開路電壓值V OC3 ，具體為：滿足以下的公式(2) ：VOC2 = VBC2 – I2 × R，計算第二開路電壓值VOC2 ，以及公式(3) ：VOC3 = VBC3 – I3 × R，計算第三開路電壓值VOC3 ，其中VBC2 為第二導通電壓值，I2 為第二導通電流值，VBC3 為第三導通電壓值，I3 為第三導通電流值，R為該內電阻值。
同時繼續參考第1圖以及第3圖所示第一實施例，本實施例中，藉由獲得電池10的開路電壓值，並經由電池10的開路電壓值和電量百分比之相對應關係，就可得知電池10內部的電量百分比，例如鋰電池4.2V電壓對應到100%電量，鋰電池3.0V電壓對應到0%電量，預先建立電池開路電壓值與電池電量百分比的關係，形式可為對照表或查詢表（Look-up Table）或關係函數曲線（電池電量百分比 = f （開路電壓值）），本發明根據公式(2)及公式(3)計算獲得第二開路電壓值V OC2 與第三開路電壓值V OC3 ，將V OC2 及V OC3 帶入預設的複數開路電壓值與剩餘電量百分比之關係函數曲線，例如T1時間該電池10的第二剩餘電量百分比值QP2 = f（V OC2 ），T2時間該電池10的第三剩餘電量百分比值QP3 = f （V OC3 ），或者根據T1時間該電池10的第二開路電壓值V OC2 與T2時間第三開路電壓值V OC3 與預設的複數開路電壓值與剩餘電量百分比之對照表相比較，因此當T1時間第二開路電壓值V OC2 與T2時間第三開路電壓值V OC3 處於該複數個開路電壓值域中(圖未示)某個開路電壓值域時，將依據與該某個開路電壓值域相對應的預設的剩餘電量百分比值，分別輸出T1時間該電池10的第二剩餘電量百分比值QP2 與T2時間該電池10的第三剩餘電量百分比值QP3 ，其中該第二剩餘電量百分比值QP2 係指該電池10的剩餘電量Q2 對電池10當下的最大電量QMAX 的百分比，該第三剩餘電量百分比值QP3 係指該電池10之剩餘電量Q3 對電池10當下的最大電量QMAX 的百分比。
同時繼續參考第1圖以及第3圖所示第一實施例，本實施例中，同時在二個不同時間T1與T2時間區間用以根據該電流量測單元30量測該電池10的複數導通電流值I(t)，基於電流與電量之間的關係式：
Figure 02_image004
其中t 為電流充電時間，t 介於T1與T2時間區間，將該複數導通電流值I(t)對該二個不同時間T1與T2時間區間的時間t作積分而計算得到該T1與T2時間區間通過的一庫倫電量QT1T2 ，QT1T2 為負值則代表電量減少，電流從電池10流出。
同時繼續參考第1圖以及第3圖所示第一實施例，本實施例中，本發明提出一精確的電池10當下最大電量量測技術，可以有效的估算電池10當下的最大電量， 因此不論使用開路電壓法或庫倫積分法都可以有效的估算電池10剩餘電量，滿足以下的公式(4) ：QMAX = Q T1T2 / (QP3 –QP2 )，計算該電池10當下的最大電量QMAX ，其中QP2 為該T1時間該電池10的第二剩餘電量百分比值，QP3 為該T2時間該電池10的第三剩餘電量百分比值，Q T1T2 為該T1與T2時間區間通過的一庫倫電量，QT1T2 為負值則代表電量減少，電流從電池10流出；以及根據該電池10當下的最大電量QMAX 藉由開路電壓法或庫倫積分法，獲得該電池10一剩餘電量。
同時繼續參考第1圖以及第3圖所示第一實施例，本實施例中，本發明的監測電池剩餘電量的裝置100的該控制單元獲得該電池10的一剩餘電量，該剩餘電量可以該電池10的當下的最大電量同時分別再藉由該開路電壓法獲得該電池10的第一剩餘電量以及該庫倫積分法獲得該電池10的第二剩餘電量，將第一剩餘電量與第二剩餘電量互相比對處理，並輸出該剩餘電量，以提升監測該電池10的該剩餘電量準確度。
同時繼續參考第1圖所示第一實施例，本實施例中，本發明的監測電池剩餘電量的裝置100進一步包括一耦接至該控制單元40的一顯示單元(圖未示)，其中該顯示單元(圖未示)係被配置以根據該剩餘電量來顯示該電池10的剩餘電量資訊。
本發明的監測電池剩餘電量的裝置100，第一實施例中該控制單元40係一微控制單元(Microcontroller Unit，MCU)、一個人電腦（Personal Computer，PC）、一可程式化邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）或一現場可程式化閘陣列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)。
參考第2圖以及第3圖所示第二實施例，與第1圖第一實施例所述監測電池剩餘電量的裝置100相似，本發明的監測電池剩餘電量的裝置200，包括電池10，電壓量測單元20，與該電池10電性連接，電流量測單元30(例如電流計)，與該電池10電性連接，控制單元40，分別與該電壓量測單元20及該電流量測單元30電性連接；本實施例，電流流過電池10的內阻會造成壓降，量測的電池10端點電壓包含了此一壓降，藉由電壓量測單元20量測電池10離線前第一導通電壓值V BC1 和電池10離線後第一開路電壓值V OC1 的壓差並配合電流量測單元30量測第一導通電流值I1 ，可以求得該電池10的內電阻值R，具體為：滿足以下的公式(1) ： R = (V BC1 – V OC1 ) /  I1 ，其中，V OC1 可以透過離線量測獲得，V BC1 可以透過導通量測獲得， I1 可以透過外掛電流計量測獲得，因此可以求出電池10的內電阻值R。
同時繼續參考第2圖以及第3圖所示第二實施例，本實施例中，在二個不同時間T1與T2分別根據該電壓量測單元20 透過導通量測獲得於T1時間所量測之第二導通電壓值V BC2 與於T2時間所量測之第三導通電壓值V BC3 ，以及同時該電流量測單元30於T1時間所量測之第二導通電流值I 2 與於T2時間所量測之第三導通電流值I 3 ，以及前述所計算得到之該內電阻值R，而獲得第二開路電壓值V OC2 與第三開路電壓值V OC3 ，具體為：滿足以下的公式(2) ：VOC2 = VBC2 – I2 × R，計算第二開路電壓值VOC2 ，以及公式(3) ：VOC3 = VBC3 – I3 × R，計算第三開路電壓值VOC3 ，其中VBC2 為第二導通電壓值，I2 為第二導通電流值，VBC3 為第三導通電壓值，I3 為第三導通電流值，R為該內電阻值。
同時繼續參考第2圖以及第3圖所示第二實施例，本實施例中，藉由獲得電池10的開路電壓值，並經由電池10的開路電壓值和電量百分比之相對應關係，就可得知電池10內部的電量百分比，例如鋰電池4.2V開路電壓值對應到100%電量，鋰電池3.0V開路電壓值對應到0%電量，預先建立電池開路電壓值與電池電量百分比的關係，形式可為對照表或查詢表（Look-up Table）或關係函數曲線（電池電量百分比=f （開路電壓值）），本發明根據公式(2)及公式(3)計算獲得第二開路電壓值V OC2 與第三開路電壓值V OC3 ，將V OC2 及V OC3 帶入預設的複數開路電壓值與剩餘電量百分比之關係函數曲線，例如T1時間該電池10的第二剩餘電量百分比值QP2 = f（V OC2 ），T2時間該電池10的第三剩餘電量百分比值QP3 = f （V OC3 ），或者根據T1時間該電池10的第二開路電壓值V OC2 與T2時間第三開路電壓值V OC3 與預設的複數開路電壓值與剩餘電量百分比之對照表相比較，因此當T1時間第二開路電壓值V OC2 與T2時間第三開路電壓值V OC3 處於該複數個開路電壓值域中(圖未示)某個開路電壓值域時，將依據與該某個開路電壓值域相對應的預設的剩餘電量百分比值，分別輸出T1時間該電池10的第二剩餘電量百分比值QP2 與T2時間該電池10的第三剩餘電量百分比值QP3 ，其中該第二剩餘電量百分比值QP2 係指該電池10的剩餘電量Q2 對電池10的當下的最大電量QMAX 的百分比，該第三剩餘電量百分比值QP3 係指該電池10的剩餘電量Q3 對電池10的當下的最大電量QMAX 的百分比。
同時繼續參考第2圖以及第3圖所示第二實施例，本實施例中，同時在二個不同時間T1與T2時間區間用以根據該電流量測單元30量測該電池10的複數導通電流值I(t)，基於電流與電量之間的關係式：
Figure 02_image004
其中t 為電流充電時間，t 介於T1與T2時間區間，將該複數導通電流值I(t)對該二個不同時間T1與T2時間區間的時間t作積分而計算得到該T1與T2時間區間通過的一庫倫電量QT1T2 ，QT1T2 為負值則代表電量減少，電流從電池10流出。
同時繼續參考第2圖以及第3圖所示第二實施例，本實施例中，本發明提出一精確的電池10當下的最大電量量測技術，可以有效的估算電池10的當下的最大電量， 因此不論使用開路電壓法或庫倫積分法都可以有效的估算電池10的剩餘電量，滿足以下的公式(4) ：QMAX =Q T1T2 / (QP3 –QP2 )，計算該電池10的當下的最大電量QMAX ，其中QP2 為該T1時間該電池10的第二剩餘電量百分比值，QP3 為該T2時間該電池10的第三剩餘電量百分比值，Q T1T2 為該T1與T2時間區間通過的一庫倫電量，QT1T2 為負值則代表電量減少，電流從電池10流出；以及根據該電池10當下的最大電量QMAX 藉由開路電壓法或庫倫積分法，獲得該電池10一剩餘電量。
同時繼續參考第2圖以及第3圖所示第二實施例，本實施例中，本發明的監測電池剩餘電量的裝置200的該控制單元40獲得該電池10的一剩餘電量，該剩餘電量可以該電池10當下的最大電量同時分別再藉由該開路電壓法獲得該電池10的第一剩餘電量以及該庫倫積分法獲得該電池10的第二剩餘電量，將第一剩餘電量與第二剩餘電量互相比對處理，並輸出該剩餘電量，以提升監測該電池10的該剩餘電量準確度。
同時繼續參考第2圖所示第二實施例，本實施例中，本發明的監測電池剩餘電量的裝置200進一步包括一耦接至該控制單元40的一顯示單元(圖未示)，其中該顯示單元(圖未示)係被配置以根據該剩餘電量來顯示該電池10的剩餘電量資訊。
同時繼續參考第2圖所示第二實施例，本實施例中，本發明的監測電池剩餘電量的裝置200，該控制單元40係一微控制單元(Microcontroller Unit，MCU)、一個人電腦（Personal Computer，PC）、一可程式化邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）或一現場可程式化閘陣列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)。
請合併參照第1圖、第2圖、第3圖以及第4圖的說明，第4圖是依照本發明一實施例所繪示的監測電池剩餘電量的方法的步驟流程圖，可用於第1圖所示監測電池剩餘電量的裝置100，以及可用於第2圖所示監測電池剩餘電量的裝置200，但本發明監測電池剩餘電量的方法不限於此；本發明的監測電池剩餘電量的方法，本實施例中，包括步驟S1：分別量測一電池10的第一開路電壓值VOC1 、第一導通電壓值VBC1 與第一導通電流值I1 ；根據第一開路電壓值VOC1 、第一導通電壓值VBC1 與第一導通電流值I1 獲得該電池的一內電阻值R；步驟S2：在二個不同時間T1與T2分別量測該電池10的第二導通電壓值VBC2 與第三導通電壓值VBC3 、第二導通電流值I2 與第三導通電流值I3 ；根據該內電阻值R、第二導通電壓值VBC2 、第三導通電壓值VBC3 、第二導通電流值I2 與第三導通電流值I2 ，獲得第二開路電壓值VOC2 與第三開路電壓值VOC3 ；步驟S3：根據第二開路電壓值VOC2 、第三開路電壓值VOC3 與預設的一複數開路電壓值與剩餘電量百分比之對照表或關係函數曲線相比較，即電池10的開路電壓值和電量百分比有相對應關係，例如鋰電池4.2V開路電壓值對應到100%電量，鋰電池3.0V開路電壓值對應到0%電量，因此獲得該第二開路電壓值VOC2 與該第三開路電壓值VOC3 對應的第二剩餘電量百分比值與第三剩餘電量百分比值；步驟S4：同時，在該二個不同時間T1與T2時間區間量測該電池10的複數導通電流值，將該複數導通電流值對該T1與T2時間區間的時間積分而計算得到該T1與T2時間區間通過的一庫倫電量；步驟S5：根據第二剩餘電量百分比值、第三剩餘電量百分比值與該庫倫電量，獲得該電池10當下的最大電量；以及步驟S6：根據該電池10當下的最大電量，再藉由開路電壓法或庫倫積分法，而獲得該電池10任一時間點的一剩餘電量。
在步驟S1中，其中根據第一開路電壓值VOC1 、第一導通電壓值VBC1 與第一導通電流值I1 獲得該電池的一內電阻值R，具體為：滿足以下的公式(1) ：R = (VBC1 – VOC1 ) /  I1 ，計算該內電阻值R，其中VOC1 為第一開路電壓值，VBC1 為第一導通電壓值，I1 為第一導通電流值。
在步驟S2中，其中根據該內電阻值R、第二導通電壓值VBC2 、第三導通電壓值VBC3 、第二導通電流值I2 與第三導通電流值I3 ， 獲得第二開路電壓值VOC2 與第三開路電壓值VOC3 ，具體為：滿足以下的公式(2) ：VOC2 = VBC2 – I2 × R，計算第二開路電壓值VOC2 ，以及公式(3) ：VOC3 = VBC3 – I3 × R，計算第三開路電壓值VOC3 ，其中VBC2 為第二導通電壓值，I2 為第二導通電流值，VBC3 為第三導通電壓值，I3 為第三導通電流值，R為該內電阻值。
在步驟S5中，其中根據第二剩餘電量百分比值QP2 、第三剩餘電量百分比值QP3 與該庫倫電量QT1T2 ，獲得該電池10當下的最大電量QMAX ，具體為：滿足以下的公式(4) ：QMAX =QT1T2 / (QP3 –QP2 )，獲得該電池10的當下的最大電量QMAX ，其中QP2 為該T1時間該電池10的第二剩餘電量百分比值，QP3 為該T2時間該電池10的第三剩餘電量百分比值，QT1T2 為該T1與T2時間區間通過的一庫倫電量，QT1T2 為負值則代表電量減少，電流從電池10流出。
在步驟S6中，由於在開路電壓法求得電量是實際上電池10被充入或放出的電量，而庫倫積分法則是外部電源充入或放出電池的電量，因此該剩餘電量可以該電池10的當下的最大電量同時分別再藉由該開路電壓法獲得該電池10的第一剩餘電量以及該庫倫積分法獲得該電池10的第二剩餘電量，將第一剩餘電量與第二剩餘電量互相比對處理後始輸出該剩餘電量，可以提升監測該電池10剩餘電量的準確度。
綜合上述，本發明所揭之監測電池剩餘電量的裝置與方法係提供一種改良式監測裝置和方法，用以監測一電池10的剩餘電量，本發明提出一精確的電池10當下的最大電量量測技術，可以有效的估算電池10當下的最大電量，因此藉由本發明監測電池剩餘電量的裝置與方法所估算電池10當下的最大電量，不論使用開路電壓法或庫倫積分法都可以正確的估算電池剩餘電量。
最後，強調，本發明於前揭實施例中所揭露的構成元件，僅為舉例說明，並非用來限制本發明之範圍，其他等效元件的替代或變化，亦應為本發明之申請專利範圍所涵蓋。
100:監測電池剩餘電量的裝置 200:監測電池剩餘電量的裝置 10:電池 20:電壓量測單元 30:電流量測單元 40:控制單元 VOC1 :第一開路電壓值 VBC1 :第一導通電壓值 VOC2 :第二開路電壓值 VBC2 :第二導通電壓值 VOC3 :第三開路電壓值 VBC3 :第三導通電壓值 I1 :第一導通電流值 I2 :第二導通電流值 I3 :第三導通電流值 R:內電阻值 S1、S2、S3、S4、S5、S6:步驟
第1圖顯示依據本發明監測電池剩餘電量的裝置第一實施例之主要結構方塊示意圖。 第2圖顯示依據本發明監測電池剩餘電量的裝置第二實施例之主要結構方塊示意圖。 第3圖顯示是依照本發明第一實施例以及第二實施例所繪示的等效電路示意圖。 第4圖顯示是依據本發明監測電池剩餘電量的方法的步驟流程圖。
S1、S2、S3、S4、S5、S6:步驟

Claims (10)

  1. 一種監測電池剩餘電量的裝置，與一電池電性連接，包括： 一電壓量測單元，與該電池電性連接，用以分別量測該電池的第一開路電壓值、第一導通電壓值、第二開路電壓值、第二導通電壓值、第三開路電壓值或第三導通電壓值； 一電流量測單元，與該電池電性連接，用以分別量測該電池的第一導通電流值、第二導通電流值或第三導通電流值；以及 一控制單元，分別與該電壓量測單元及該電流量測單元電性連接； 其中該控制單元用以根據該電壓量測單元所量測之該第一開路電壓值、該第一導通電壓值，以及該電流量測單元所量測之該第一導通電流值，以獲得該電池的一內電阻值；該控制單元在二個不同時間T1與T2分別根據該電壓量測單元所量測之該第二導通電壓值與該第三導通電壓值，該電流量測單元所量測之該第二導通電流值與該第三導通電流值，以及該內電阻值，以獲得第二開路電壓值與第三開路電壓值，根據該第二開路電壓值與該第三開路電壓值與預設的一複數開路電壓值與剩餘電量百分比之對照表或關係函數曲線相比較，而獲得該第二開路電壓值與該第三開路電壓值對應的第二剩餘電量百分比值與第三剩餘電量百分比值，並計算該第三剩餘電量百分比值與該第二剩餘電量百分比值的差值而獲得一剩餘電量百分比值差值；同時，在該二個不同時間T1與T2時間區間量測該電池的複數導通電流值，將該複數導通電流值對T1與T2時間區間的時間積分而計算得到該二個不同時間T1與T2時間區間通過的一庫倫電量；根據該庫倫電量除以該剩餘電量百分比值差值，而獲得該電池當下的最大電量；以及根據該電池當下的最大電量，再藉由開路電壓法或庫倫積分法，而獲得該電池任一時間點的一剩餘電量。
  2. 一種監測電池剩餘電量的裝置，包括: 一電池； 一電壓量測單元，與該電池電性連接，用以分別量測該電池的之第一開路電壓值、第一導通電壓值、第二開路電壓值、第二導通電壓值、第三開路電壓值或第三導通電壓值； 一電流量測單元，與該電池電性連接，用以分別量測該電池的第一導通電流值、第二導通電流值或第三導通電流值；以及 一控制單元，分別與該電壓量測單元及該電流量測單元電性連接； 其中該控制單元用以根據該電壓量測單元所量測之該第一開路電壓值、該第一導通電壓值，以及該電流量測單元所量測之該第一導通電流值，以獲得該電池的一內電阻值；該控制單元在二個不同時間T1與T2分別根據該電壓量測單元所量測之該第二導通電壓值與該第三導通電壓值，該電流量測單元所量測之該第二導通電流值與該第三導通電流值，以及該內電阻值，以獲得第二開路電壓值與第三開路電壓值，根據該第二開路電壓值與該第三開路電壓值與預設的一複數開路電壓值與剩餘電量百分比之對照表或關係函數曲線相比較，而獲得該第二開路電壓值與該第三開路電壓值對應的第二剩餘電量百分比值與第三剩餘電量百分比值，並計算該第三剩餘電量百分比值與該第二剩餘電量百分比值的差值而獲得一剩餘電量百分比值差值；同時，在該二個不同時間T1與T2時間區間量測該電池的複數該導通電流值，將該複數導通電流值並對T1與T2時間區間的時間積分而計算得到該二個不同時間T1與T2時間區間通過的一一庫倫電量；根據該庫倫電量除以該剩餘電量百分比值差值，而獲得該電池當下的最大電量；以及根據該電池當下的最大電量，再藉由開路電壓法或庫倫積分法，而獲得該電池任一時間點的一剩餘電量。
  3. 如請求項1或2所述的監測電池剩餘電量的裝置，其中該剩餘電量可以該電池當下的最大電量同時分別再藉由該開路電壓法獲得該電池的第一剩餘電量以及該庫倫積分法獲得該電池的第二剩餘電量，將該第一剩餘電量與該第二剩餘電量互相比對處理，並輸出該剩餘電量。
  4. 如請求項1或2所述的監測電池剩餘電量的裝置，其進一步包括一耦接至該控制單元的一顯示單元，其中該顯示單元係被配置以根據該剩餘電量來顯示該電池剩餘電量的資訊。
  5. 如請求項1或2所述的監測電池剩餘電量的裝置，其中該控制單元係一微控制單元(Microcontroller Unit，MCU)、一個人電腦（Personal Computer，PC）、一可程式化邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）或一現場可程式化閘陣列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)。
  6. 一種監測電池剩餘電量的方法，包括: 根據量測一電池的第一開路電壓值、第一導通電壓值與第一導通電流值而獲得該電池的一內電阻值； 在二個不同時間T1與T2分別量測該電池的第二導通電壓值與第三導通電壓值、第二導通電流值與第三導通電流值； 根據該內電阻值、該第二導通電壓值、該第三導通電壓值、該第二導通電流值與該第三導通電流值，獲得第二開路電壓值與第三開路電壓值； 根據該第二開路電壓值、該第三開路電壓值與預設的一複數開路電壓值與剩餘電量百分比之對照表或關係函數曲線相比較，而獲得該第二開路電壓值與該第三開路電壓值對應的第二剩餘電量百分比值與第三剩餘電量百分比值； 同時，在該二個不同時間T1與T2時間區間量測該電池的複數導通電流值，將該複數導通電流值對該T1與T2時間區間的時間積分而計算得到該T1與T2時間區間通過的一庫倫電量； 根據該第二剩餘電量百分比值、該第三剩餘電量百分比值與該庫倫電量，獲得該電池當下的最大電量；以及 根據該電池當下的最大電量，再藉由一開路電壓法或一庫倫積分法，而獲得該電池任一時間點的一剩餘電量。
  7. 如請求項6所述的監測電池剩餘電量的方法，其中根據量測該電池的該第一開路電壓值、該第一導通電壓值與該第一導通電流值而獲得該電池的該內電阻值，具體為：滿足以下的公式(1) ：R = (VBC1 –VOC1 ) /  I1 ，計算該內電阻值R，其中VOC1 為該第一開路電壓值，VBC1 為該第一導通電壓值，I1 為該第一導通電流值。
  8. 如請求項6所述的監測電池剩餘電量的方法，其中根據該內電阻值、該第二導通電壓值、該第三導通電壓值、該第二導通電流值與該第三導通電流值，獲得該第二開路電壓值與該第三開路電壓值，具體為：滿足以下的公式(2) ：VOC2 = VBC2 – I2 × R，計算該第二開路電壓值VOC2 ，以及公式(3) ：VOC3 = VBC3 – I3 × R，計算該第三開路電壓值VOC3 ，其中VBC2 為該第二導通電壓值，I2 為該第二導通電流值，VBC3 為該第三導通電壓值，I3 為該第三導通電流值，R為該內電阻值。
  9. 如請求項6所述的監測電池剩餘電量的方法，其中根據該第二剩餘電量百分比值、該第三剩餘電量百分比值與該庫倫電量，獲得該電池當下的最大電量，具體為：滿足以下的公式(4) ：QMAX =QT1T2 / (QP3 –QP2 )，獲得該電池當下的最大電量QMAX ，其中QP2 為該T1時間該電池的第二剩餘電量百分比值，QP3 為該T2時間該電池的第三剩餘電量百分比值，QT1T2 為該T1與T2時間區間通過的一庫倫電量。
  10. 如請求項6所述的監測電池剩餘電量的方法，其中該剩餘電量可以該電池當下的最大電量同時分別再藉由該開路電壓法獲得該電池的第一剩餘電量以及該庫倫積分法獲得該電池的第二剩餘電量，將該第一剩餘電量與該第二剩餘電量互相比對處理，並輸出該剩餘電量。
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