[go: up one dir, main page]

TWI428622B - 一種藉由電池充放電特性檢控容量與功率的方法 - Google Patents

一種藉由電池充放電特性檢控容量與功率的方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI428622B
TWI428622B TW099140824A TW99140824A TWI428622B TW I428622 B TWI428622 B TW I428622B TW 099140824 A TW099140824 A TW 099140824A TW 99140824 A TW99140824 A TW 99140824A TW I428622 B TWI428622 B TW I428622B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
battery
feature point
charging
characteristic curve
point
Prior art date
Application number
TW099140824A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201221986A (en
Inventor
Welkin Ling
Chein Chung Sun
Chiou Chu Lai
Original Assignee
Ind Tech Res Inst
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ind Tech Res Inst filed Critical Ind Tech Res Inst
Priority to TW099140824A priority Critical patent/TWI428622B/zh
Priority to CN201010602250.4A priority patent/CN102478637B/zh
Priority to US13/081,514 priority patent/US8823325B2/en
Publication of TW201221986A publication Critical patent/TW201221986A/zh
Priority to US14/174,472 priority patent/US9229510B2/en
Application granted granted Critical
Publication of TWI428622B publication Critical patent/TWI428622B/zh

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/367—Software therefor, e.g. for battery testing using modelling or look-up tables
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G01R31/3835—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC involving only voltage measurements

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Description

一種藉由電池充放電特性檢控容量與功率的方法
本發明是有關於一種電池管理方法，且特別是有關於一種藉由電池充放電特性檢控容量與功率的方法。
現今之資訊社會下，人類對電子產品之依賴性與日俱增。為符合攜帶方便、不佔據空間等須求，各種可攜式(portable)電子裝置以及電動載具(electric vehicle)之發展趨勢係朝向高速度、高效率、低耗能、且簡易輕薄方向研發，例如筆記型電腦、行動電話(Cell Phone)、個人數位助理(Personal Digital Assistant，PDA)以及平板型電腦(Tablet PC)等可攜式電子裝置以及電動自行車、電動車等電動載具。目前可攜式電子裝置與電動載具皆以電池為其電力提供單元。從成本和環境影響角度出發，智慧型電池管理趨於必要性，以求產品有更長的運行時間、更長的壽命、以及能讓最終消費者更放心使用設備的電池資訊。
一般而言，電池的放電程序面對不定的放電負載進行放電，並且根據一設定的截止電壓(cut-off voltage,V-cutoff)終止放電程序。在電池的放電過程中，使用者或是電子裝置可輕易地將電池已輸出的電流進行積分以獲得已經使用的輸出電容量。不過，無法有效地估計剩餘的輸出電容量仍有多少，因為電池可用容量可能隨著使用情況以及歷程而有所改變。另外，在放電一段時間之後，電池的電壓可能瞬間地大幅下降。因此，電壓瞬間地大幅下降可能造成電池老化而不利於電池的使用壽命。另外，在電池充電時，目前常用的方式是在充電過程以定電流方式進行充電，在接近充飽時，再轉而使用定電壓充電。如要使用較高的充電電流，容易在其電壓上會有快速變化，此時，可能會造成電池的損傷。因此，目前的電池充放電模式亦仍存在有須待改進的問題。
本發明提供一種藉由電池充放電特性　檢控容量與功率的方法，避免電池因放電過程的劇烈變化而老化。同時，引導出在電池放電時有助於準確地評估判斷電池的可用容量、剩餘容量與功率的方法。
本發明提供一種藉由電池充放電特性　檢控容量與功率的方法，避免電池因充電過程的劇烈變化而老化。同時，引導出在電池充電時有助於準確地評估判斷電池的可用容量、剩餘容量與功率的方法。
本發明提出一種檢控電池充放電模式以判斷電池輸出電容量與功率的方法。對於在電池放電方面，量測一電池之開路電壓與輸出電容量的關係，以獲得一第一特徵曲線。並且，量測電池在一額定最大放電電流速率下之電壓-輸出電容量的關係，以獲得一第二特徵曲線。於第一特徵曲線與第二特徵曲線上分別選取一第一特徵點與一第二特徵點，其中第一特徵點所對應到的電壓值高於第二特徵點所對應到的電壓值。此外，建立一特徵邊界線，特徵邊界線通過第一特徵點與第二特徵點，其中第一特徵曲線、第二特徵曲線與特徵邊界線定義出一操作範圍為電池放電操作邊界線(Battery discharge boundary line)。隨之，令電池放電時，落在此操作範圍內。也就是說，電池可依據一放電特徵曲線在至少一種放電電流速率下放電，其中放電特徵曲線落在操作範圍內。
本發明另提供一種藉由電池充放電特性，以檢控容量與功率的方法。量測一電池之開路電壓與輸出電容量的關係，以獲得一第一特徵曲線。量測電池在一額定最大充電電流速率下之電壓-輸出電容量的關係，以獲得一第二特徵曲線；於第一特徵曲線與第二特徵曲線上分別選取一第一特徵點與一第二特徵點，其中第一特徵點所對應到的電壓值低於第二特徵點所對應到的電壓值。建立一特徵邊界線，其中特徵邊界線通過第一特徵點與第二特徵點，且第一特徵曲線、第二特徵曲線與特徵邊界線定義出一操作範圍為電池充電操作邊界線(Battery charge boundary line)。隨之，令電池依據一充電特徵曲線在至少一種充電電流速率下充電，其中充電特徵曲線落在操作範圍內。
在本發明之一實施例中，上述之特徵邊界線實質上為通過第一特徵點與第二特徵點的一直線或一曲線。
在本發明之一實施例中，上述之第一特徵點所對應的輸出電容量值與透過電流積分方式所獲得的輸出電容量值之差為電池的剩餘容量。
在本發明之一實施例中，上述之第二特徵點所對應的輸出電容量值與透過電流積分方式所獲得的輸出電容量值之差為電池在額定最大放電電流速率下的可用容量。
在本發明之一實施例中，上述之第一特徵點的選取方法包括令電池在開路條件下，計算取樣點之內阻(Rn)相較於電池處於一參考殘電量時的內阻(Rm)之間的差異量△R，以及當Rn>Rm且△R/Rm超過一門檻值時則判定當時電壓與輸出電容量之位置為第一特徵點，其中門檻值介於0.1至5。
在本發明之一實施例中，上述之第二特徵點的選取方式包括令電池在額定最大放(充)電電流速率下，計算取樣點之內阻(Rn)相較於電池在一參考殘電量時的內阻(Rm)之間的差異量△R，以及當Rn>Rm時且△R/Rm超過一門檻值時則判定為第二特徵點，其中門檻值介於0.1至5。
在本發明之一實施例中，上述之第一截止點的選取方法包括電池在開路條件下，計算取樣點的電壓變異(△V)與輸出電容量變異(△Ah)的比值(△V/△Ah)n相較電池在一參考殘電量時電壓變異(△V)與輸出電容量變異(△Ah)的比值(△V/△Ah)m，兩比值的比大於一門檻值(Y)時的點作為第一特徵點，且門檻值(Y)介於1.1至5。
在本發明之一實施例中，上述之第二特徵點的選取方法包括電池在額定最大放(充)電電流速率下，計算取樣點的電壓變異(△V)與輸出電容量變異(△Ah)的比值(△V/△Ah)n相較電池在一參考殘電量時電壓變異(△V)與輸出電容量變異(△Ah)的比值(△V/△Ah)m，兩比值的比大於一門檻值(Y)時的點作為第二特徵點，且門檻值(Y)介於1.1至5，亦即，本發明之一實施例中，(△V/△Ah)n相較於參考值(△V/△Ah)m增加10%至400%。
在本發明之一實施例中，上述之參考殘電量例如為0%至100%殘電量。
在本發明之一實施例中，上述之放(充)電特徵曲線與部分第二特徵曲線重疊。
在本發明之一實施例中，上述之建立特徵邊界線的方法更包括以下步驟。量測電池在至少一種放(充)電電流速率下之電壓-輸出電容量的關係，以獲得至少一第三特徵曲線，其中第三特徵曲線放(充)電電流速率小於額定最大放(充)電電流速率。接著，於上述第三特徵曲線上選取一第三特徵點，且令特徵邊界線通過第三特徵點。
在本發明之一實施例中，第三特徵點的選取方法包括令電池在至少一種放(充)電電流速率下，計算取樣點之內阻(Rn)相較於電池在一參考殘電量時的內阻(Rm)之間的差異量△R以及當Rn>Rm且△R/Rm超過一門檻值時則判定為第三特徵點，其中門檻值介於0.1至5。或是，第三特徵點定義為電池在至少一種放(充)電電流速率下，計算取樣點的電壓變異(△V)與輸出電容量變異(△Ah)的比值(△V/△Ah)n相較電池在一參考殘電量時電壓變異(△V)與輸出電容量變異(△Ah)的比值(△V/△Ah)m，兩比值的比大於一門檻值(Y)時的點作為第三特徵點，且門檻值(Y)介於1.1至5。
在本發明之一實施例中，上述之參考殘電量為0%至100%殘電量，或是50%殘電量。
在本發明之一實施例中，上述之建立特徵邊界線的方法更包括在不同操作溫度下建立不同的特徵邊界線，以根據實際的操作溫度選擇其中一個特徵邊界線以定義操作範圍。
在本發明之一實施例中，在特徵邊界線上，電池的放(充)電電流(I)與輸出電容量(Q)符合線性函數Q=a(T)I+b(T)，其中a(T)以及b(T)為溫度的函式。若以線性表示方法可知，a(T)=rT+s，其中r,s參數為數值常數，T為電池溫度，當然a(T)可為二次或多次方程式。相似地，b(T)=pT+q，其中p,q參數為數值常數，T為電池溫度，當然b(T)可為二次或多次方程式。另外，決定電池放(充)電模式的方法更包括量測電池在操作截止時的量測輸出電容量；判斷量測輸出電容量值與線性函數所計算出來的計算輸出電容量值是否相同；以及於量測輸出電容量值與計算輸出電容量值不同時，將量測輸出電容量值與計算輸出電容量值的比值視為更新因子t，並將a(T)以及b(T)分別更新為a(T)×t以及b(T)×t。
再者，本發明又提出一種藉由電池充放電特性，以檢控容量與功率的方法。量測一電池之開路電壓與輸出電容量的關係，以獲得一第一特徵曲線。量測電池在一額定最大放電電流速率下之電壓-輸出電容量的關係，以獲得一第二特徵曲線；於第一特徵曲線與第二特徵曲線上分別選取一第一特徵點與一第二特徵點，其中第一特徵點所對應到的電壓值高於第二特徵點所對應到的電壓值。建立一特徵邊界線，其中特徵邊界線通過第一特徵點與第二特徵點，且第一特徵曲線、第二特徵曲線與特徵邊界線定義出一操作範圍為電池充電操作邊界線(Battery discharge boundary line)。隨之，令電池依據一放電特徵曲線在至少一種放電電流速率下充電，其中放電特徵曲線落在操作範圍內。計算第一特徵點所對應的輸出電容量值與透過電流積分方式所獲得的輸出電容量值之差以獲得電池的剩餘容量。計算第二特徵點所對應的輸出電容量值與透過電流積分方式所獲得的輸出電容量值之差以獲得電池在額定最大放電電流速率下的可用容量。
在本發明之一實施例中，上述之電池在一取樣點上的最大放電功率(Pmax)為：
其中Min為較小值、Imax為電池在額定最大放電速率下的電流值、OCVk為電池在取樣點的輸出電容量下進行操作時的開路電壓值、Rk為電池在取樣點的內阻、Yk為電池在取樣點的輸出電容量下特徵邊界線所對應的電壓值。
本發明再提出一種藉由電池充放電特性，以檢控容量與功率的方法。量測一電池之開路電壓與輸出電容量的關係，以獲得一第一特徵曲線。量測電池在一額定最大充電電流速率下之電壓-輸出電容量的關係，以獲得一第二特徵曲線；於第一特徵曲線與第二特徵曲線上分別選取一第一特徵點與一第二特徵點，其中第一特徵點所對應到的電壓值低於第二特徵點所對應到的電壓值。建立一特徵邊界線，其中特徵邊界線通過第一特徵點與第二特徵點，且第一特徵曲線、第二特徵曲線與特徵邊界線定義出一操作範圍為電池充電操作邊界線(Battery charge boundary line)。隨之，令電池依據一充電特徵曲線在至少一種充電電流速率下充電，其中充電特徵曲線落在操作範圍內。計算第一特徵點所對應的輸出電容量值與透過電流積分方式所獲得的輸出電容量值之差以獲得電池的剩餘容量。計算第二特徵點所對應的輸出電容量值與透過電流積分方式所獲得的輸出電容量值之差以獲得電池在額定最大充電電流速率下的可用容量。
在本發明之一實施例中，電池在一取樣點上的最大充電功率(Pmax)為：
其中Min為較小值、Imax為電池在額定最大充電速率下的電流值、OCVk為電池在取樣點的輸出電容量下進行操作時的開路電壓值、Rk為電池在取樣點的內阻、Yk為電池在取樣點的輸出電容量下特徵邊界線所對應的電壓值。
再者，對於在電池充電方面，本發明一實施例量測電池在一額定最大充電電流速率下之電壓-輸出電容量的關係，以獲得一第二特徵曲線；於第一特徵曲線與第二特徵曲線上分別選取一第一特徵點與一第二特徵點，其中第一特徵點所對應到的電壓值高於第二特徵點所對應到的電壓值。建立一特徵邊界線，其中特徵邊界線通過第一特徵點與第二特徵點，且第一特徵曲線、第二特徵曲線與特徵邊界線定義出一操作範圍為電池放電操作邊界線(Battery charge boundary line)。隨之，令電池充電時，落在此操作範圍內。計算第一特徵點所對應的輸出電容量值與透過電流積分方式所獲得的輸出電容量值之差以獲得電池的剩餘容量。計算第二特徵點所對應的輸出電容量值與透過電流積分方式所獲得的輸出電容量值之差以獲得電池在額定最大放電電流速率下的可用容量。
在本發明之一實施例中，上述之電池在一取樣點上的最大充電功率(Pmax)為：
其中Min為較小值、Imax為電池在額定最大充電速率下的電流值、Vk為電池在取樣點的輸出電容量下進行操作時的電壓值、Rk為電池在取樣點的內阻、Yk為電池在取樣點的輸出電容量下特徵邊界線所對應的電壓值、OCVk為電池在取樣點的輸出電容量下第一特徵曲線所對應的電壓值。
基於上述，本發明將電池在開路狀態下以及額定最大放電電流速率下的特徵線上選取特徵點以作為特徵邊界線的依據，其中特徵點可以選取自各特徵線由緩斜率轉變為陡斜率的點，或是利用電池內阻的變化來選取，或是利用電池的電壓與輸出電容量變異來選取。因此，電池根據本發明的方法進行放電或充電時不會發生電壓驟變而產生大量熱能的現象，而有助於延長電池的使用壽命。另外，電池的可用輸出電容量以及剩餘輸出電容量可以根據特徵邊界線來估計，不容易發生估算錯誤的情形。更進一步來說，本發明可以利用特徵邊界線的分布來估計電池在取樣點上可輸出的功率以判斷電池所提供之功率是否可執行所需的動作或功能。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
由於現今習用的電池充放電模式可能使電池在充放電過程中因電池內阻突然急遽變化而引發劇烈的電壓變化並產生大量熱能，長時間操作在此條件下將使電池加速老化與性能衰退。因此，以下實施例提出藉由電池充放電特性以檢控容量與功率的方法，讓電池在選定的操作範圍中進行放電或是充電。
電池放電過程中，不容易發生電壓劇烈下降而有助於提高電池的使用壽命。以下的實施例將伴隨圖1A與圖2所繪示的電池在放電過程中，輸出電容量與電壓的關係進行說明。
一般而言，每一個電池製作完成後，可進行放電的額定最大電流速率(C-rate)以及開路電壓與輸出電容量的關係就已經被決定了。因此，使用者必須依據不同的需求來選擇適合的電池。據此，為了定義出合適的電池操作範圍，請先參照圖1A，本實施例例如先量測一電池之開路電壓與輸出電容量的關係，以獲得一第一特徵曲線110。並且，量測電池在一額定最大放電電流速率下之電壓-輸出電容量的關係，以獲得一第二特徵曲線120。此外，本實施例採用第一特徵曲線110與第二特徵曲線120作為電池之操作範圍的邊界條件。值得一提的是，在本發明相關實施方式中，輸出電容量例如為電池放出電流積分後所獲得的數值。
由圖1A可知，第一特徵曲線110與第二特徵曲線120的變化趨勢並不穩定。尤其是，在電壓下降到一定數值後，第一特徵曲線110與第二特徵曲線皆分別地發生驟降。電池若沿著這些驟降的趨勢進行放電，則可能發生老化。因此，本實施例於第一特徵曲線110與第二特徵曲線120上分別選取第一特徵點112與第二特徵點122，其中第一特徵點所對應到的電壓值高於第二特徵點所對應到的電壓值。並且，本實施例除第一特徵曲線110與第二特徵曲線120之外，更建立一特徵邊界線130(或稱特徵截止線,characteristic cutting-off line)，使得特徵邊界線130通過第一特徵點112與第二特徵點122來定義出電池的操作範圍。換言之，在本實施例中，第一特徵曲線110、第二特徵曲線120與特徵邊界線130是定義出電池的操作範圍的邊界條件。
具體而言，本實施例是利用通過第一特徵點112與第二特徵點122的一直線、一折線或一曲線作為特徵邊界線130，其中第一特徵點112與第二特徵點122可以透過數種方式來選取。例如，圖1B繪示為電池的殘電量與電池內阻之關係的示意圖，其中橫軸為電池殘電量，縱軸為電池內阻。請參照圖1B，曲線140為電池在開路條件下的殘電量與內阻之關係，而曲線150為電池在額定最大電流速率下進行放電時殘電量與內阻的關係。根據曲線140與曲線150的分布可知，電池的殘電量減小到一定程度時，內阻將驟然增加。由於內阻驟然增加而導致熱能產生是電池老化的主要因素之一，所以，本實施例例如可選擇內阻驟然變化時的點來作為圖1A之特徵點112與122。
詳言之，本實施例可以令電池在開路條件下，計算取樣點之內阻(Rn1)相較於電池處於一參考殘電量時的內阻(Rm1)之間的差異量△R1。並且，當Rn1>Rm1且△R1/Rm1超過一門檻值時則判定當時電壓與輸出電容量之位置為第一特徵點112，其中門檻值介於0.1至5。在一實施例中，參考殘電量可以為0%至100%殘電量，或是50%殘電量。
具體而言，電池殘電量在50%時，電池之內阻(Rm1)約為50mΩ。在取樣點的狀態下，電池的內阻值Rn1若為60mΩ，則表示Rn1與Rm1之間的變異量為10 mΩ，相當於內阻產生了20%的變化。此時，假設門檻值設定為20%，則判斷目前位置為第一特徵點112。
相似地，本實施例可以令電池在額定最大放電電流速率下，計算取樣點之內阻(Rn2)相較於電池在一參考殘電量時的內阻(Rm2)之間的差異量△R2。並且，當Rn2>Rm2且△R2/Rm2超過一門檻值時則判定為第二特徵點122，其中門檻值可以介於0.1至5。此外，參考殘電量可以為0%至100%殘電量，或是50%殘電量。另外，第二特徵點122的選取方式也可以選自在額定最大放電電流速率下，不會產生電壓或電阻大幅提升之容量範圍所對應的點。在此容量範圍之內，電池的相對電壓或電阻不會因為電流大小而造成大幅度之變化。
第一特徵點112也可以定義為：電池在開路條件下，計算取樣點的電壓變異(△V)與輸出電容量變異(△Ah)的比值(△V/△Ah)n相較電池在一參考殘電量時電壓變異(△V)與輸出電容量變異(△Ah)的比值(△V/△Ah)m，兩比值的比大於一門檻值(Y)時的點作為第一特徵點112，且門檻值(Y)介於1.1至5。假設殘電量處於50%時的△V/△Ah之比值(△V/△Ah)n為1，目前取樣點位置的比值(△V/△Ah)m為1.4，則兩比值的比為1.4，約為40%的變異。若門檻值設定為1.4，則判斷此點為第一特徵點112。
同理，第二特徵點122的選取方法則可以為電池在額定最大放電電流速率下，計算取樣點的電壓變異(△V)與輸出電容量變異(△Ah)的比值(△V/△Ah)n相較電池在一參考殘電量時電壓變異(△V)與輸出電容量變異(△Ah)的比值(△V/△Ah)m，兩比值的比大於一門檻值(Y)時的點作為第二特徵點122，且門檻值(Y)介於1.1至5。以50%殘電量作為參考殘電量時，假設在額定最大放電電流速率下，殘電量處於50%位置的比值(△V/△Ah)n為0.9，目前取樣點位置的比值(△V/△Ah)m為1.2，則兩比值的比為1.33，比值差異增加33%。此時，若門檻值(Y)設定為1.33，則判斷該點為第二特徵點122。在一實施例中，參考殘電量可以是0%至100%殘電量。
更進一步來說，第一特徵點112可以是第一特徵曲線110由緩斜率改變為陡斜率的點，而第二截止點122可以是第二特徵曲線120由緩斜率改變為陡斜率的點。或是，第一特徵點112與第二截止點122可選自在最大放電電流速率下，電池不會產生電壓或電阻大幅提升之容量範圍所對應的點。在這樣的容量範圍內，電池相對電壓或電阻不會因為電流大小而造成大幅度之變化。
整體而言，本實施例並不限定以何種方式選取第一特徵點112與第二特徵點122。凡是第一特徵曲線110中，電壓驟然下降的區段之前的點都可以選擇為第一特徵點112。同樣地，凡是第二特徵曲線120中，電壓驟然下降的區段之前的點都可以選擇為第二特徵點122。
接著，在操作範圍被定義出來之後，本實施例可令電池依據一放電特徵曲線102在至少一種放電電流速率下放電，其中放電特徵曲線102落在上述的操作範圍內。如此一來，電池在放電時不會經過電壓驟然下降的過程而有助於避免因電壓驟然下降對電池造成的負面影響。值得一提的是，圖1A中所繪示放電特徵曲線102的分布方式僅是舉例說明之用。在其他的實施例中，放電特徵曲線102可以是落在第一特徵曲線110、第二特徵曲線120與特徵邊界線130定義出的操作範圍內中的任何曲線，而非限制於圖1A所繪示的態樣。
在本實施例中，特徵邊界線130實質上為第一特徵點112與第二特徵點122的連線。不過，特徵邊界線130還可依據其他的方式來建立(例如依據更多個參考點來建立)，而本發明不限於此。另外，放電特徵曲線102在本實施例中可以重疊於第二特徵曲線120的一部份，還可以更重疊於特徵邊界線130。也就是說，第二特徵曲線120與特徵邊界線130是用以定義出操作範圍的邊界條件，但本實施例不排除令電池沿著這些邊界條件進行放電。
假設電池由操作點100以額定最大放電電流速率進行放電。一但以額定最大放電電流速率進行放電至第二特徵點122後，電池須沿著截止特徵線130以較低的放電電流速率來進行放電。也就是說，電池的放電模式是沿著放電特徵曲線102進行。否則，電池須在第二特徵點122後停止放電。因此，第一特徵點112所對應的輸出電容量值與透過電流積分方式所獲得的輸出電容量值之差例如為電池的剩餘容量C1。第二特徵點122所對應的輸出電容量值與透過電流積分方式所獲得的輸出電容量值之差則為電池在額定最大放電電流速率下的可用容量C2。電池要以額定最大放電電流速率進行放電，則尚可使用的輸出電容量為可用容量C2，而非剩餘容量C1。換言之，剩餘容量C1中僅有一部分可以令電池以額定最大放電電流速率進行放電。
在這樣的模式下，使用者可以根據剩餘容量C1與可用容量C2的比例來清楚地了解電池的狀態。相較於以往只能利用電池已放出電流的積分來獲得已使用的輸出電容量而言，本實施例除了獲得已使用的輸出電容量外更可以估計電池所剩餘的輸出電容量，甚至可以估計剩餘的輸出電容量中可有效使用的輸出電容量。因此，本實施例所建立出來的特徵邊界線130除了可以建立適當的操作範圍以避免電池放電過程中發生劇烈的壓降，還有助於提供使用者正確的參數以了解電池的狀態。
除此之外，在不同的溫度條件下，電池的電壓與輸出電容量的關係也會隨著改變。因此，本實施例還可以藉由在不同操作溫度下建立不同的特徵邊界線130，以根據實際的操作溫度選擇其中一個特徵邊界線130來定義操作範圍。不同溫度下所獲得的特徵邊界線130可以採用列表的方式記錄起來，以便於利用查表的方式選取所要使用的特徵邊界線130。
在其他實施方式中，在特徵邊界線130上電池的放電電流(I)與輸出電容量(Q)之間的關係例如符合線性函數Q(T,I)=a(T)I+b(T)，其中a(T)以及b(T)是溫度的函式。若以線性表示方法可知，a(T)=rT+s，其中r,s參數為數值常數，T為電池溫度，當然a(T)可為二次或多次方程式。相似地，b(T)=pT+q，其中p,q參數為數值常數，T為電池溫度，當然b(T)可為二次或多次方程式。
另外，為了在使用一段時間之後對電池放電模式進行更新，本實施例還可量測電池在操作截止時的量測輸出電容量；並且判斷量測輸出電容量值與上述線性函數所計算出來的計算輸出電容量值是否相同；隨後於量測輸出電容量值與計算輸出電容量值不同時，將量測輸出電容量值與計算輸出電容量值的比值視為更新因子t，並將a以及b分別更新為a×t以及b×t。也就是說，上述線性函數可以隨電池的狀態而不斷更新以選用適合的特徵邊界線130。
當然，除了根據第一特徵點112與第二特徵點122的連線來建立截止特徵線130外，在其他的實施例中尚可採用其他方式來建立特徵邊界線130。舉例來說，請參照圖2，圖2與圖1皆繪示著電池的電壓與輸出電容量之關係，其中圖2與圖1的不同點在於特徵邊界線230的建立方式不同於特徵邊界線130的建立方式。在圖2所繪示的實施方式中，建立特徵邊界線230的方法更包括量測電池在至少一種放電電流速率下之電壓-輸出電容量的關係，以獲得至少一第三特徵曲線240，其中上述至少一種放電電流速率小於額定最大放電電流速率。接著，於上述至少一第三特徵曲線240上選取一第三特徵點242，並且令特徵邊界線230通過第三特徵點242。在本實施例中，特徵邊界線230例如是一線段，且特徵邊界線230所構成的線段例如以第一特徵點112及第二特徵點122為線段端點。
換言之，除了量測第一特徵曲線110與第二特徵曲線120外，本實施例更量測電池以不同電流速率進行定電流放電時的至少一條其他特徵曲線(例如特徵曲線240)，接著再由特徵曲線240上選取至少一個特徵點(例如特徵點242)來建立特徵邊界線230。圖2雖繪示著利用兩條第三特徵曲線240來建立特徵邊界線230的方法，但本實施例並不限定建立特徵邊界線230時需使用特徵曲線240的數量。在其他實施例中，可以僅使用一條第三特徵曲線240來輔助建立特徵邊界線230，也可以量測三條或是三條以上的第三特徵曲線240來輔助建立特徵邊界線230。
具體而言，第三特徵點242的選取方式可以是選自於第三特徵線240中由緩斜率改變為陡斜率的點。第三截止點242的選取方式也可以採用電池在對應的放電電流速率下的內阻相較於殘電量處於50%位置時的內阻，兩者的增加幅度作為選擇依據，或者，第三截止點242也可以定義為電池在對應的放電電流速率下，電壓變異(△V)與輸出電容量變異(△Ah)的比值相較於殘電量處於50%位置電壓變異(△V)與輸出電容量變異(△Ah)的比值中兩比值的比作為選擇依據。一般來說，設定的門檻值約在1.1~5之間，亦即相較於50%殘電量位置的內阻或△V/△Ah的比值增加幅度達10%～400%時，判斷為電壓由緩斜率改變為陡斜率的轉折點。也就是說，第三特徵點242的選取方式可以參照前述之第一特徵點112與第二特徵點122的選取方式。
舉例來說，放電特徵曲線202繪示為電池在兩種不同的放電電流速率下進行放電的過程。電池在額定最大放電電流速率下放電一段時間(曲線202a)之後，改以另一電流速率進行放電，直到對應的第三截止點242為止(曲線202b)。在曲線202a的放電期間，電池具有可用容量C3與剩餘容量C4，而在曲線202b的放電期間，電池具有可用容量C5與剩餘容量C6。由圖2可知，剩餘容量C4雖大於剩餘容量C6，但可用容量C3實質上小於可用容量C4。使用者若只獲得剩餘容量C4與C6的資訊將可能誤判電池尚可工作的能力。因此，本實施例在建立特徵邊界線230後，可以根據截止特徵邊界線230來估計可用容量C3與C5的大小而有助於提高使用者判斷電池能力的準確性。也就是說，使用者可以確切地知道在所使用的電流速率下尚剩餘的有效輸出電容量多寡，而不容易產生誤判的情形。
另外，圖3繪示為在放電過程中，電池的電壓與輸出電容量之局部關係。請參照圖3，在本實施例中，電池在一取樣點K上的最大放電功率(Pmax)為：
其中Min為較小值、Imax為電池在額定最大放電速率下的電流值、OCVk為電池在取樣點K的輸出電容量下進行操作時的開路電壓值、Rk為電池在取樣點K的內阻、Yk為電池在取樣點K的輸出電容量時截止特徵線130所對應的電壓值。
藉由上述公式，本實施例可以將電池在取樣點K上進行操作時可輸出的功率估計出來，以利於評估電池的狀態。詳言之，若計算出來的功率高於所需使用的功率，則此電池仍可繼續使用。不過，若計算出來的功率接近或是小於所需使用的功率，則使用者可以考慮更換新的電池或是僅使用較低功率的功能。
值得一提的是，以上說明是以電池的放電模式來進行說明。在其他的實施例中，以上內容所描述的精神也可以應用於電池的充電過程當中。也就是說，電池以定電流充電時，亦會有電壓驟然變化的區段發生。因此，可以決定一種電池的充電模式，以在特定的操作範圍內進行電池的充電。
舉例而言，圖4繪示為在充電過程中電池的電壓與電容量的關係。請參照圖4，決定電池充電模式的方法可以先量測電池之開路電壓與電容量的關係，以獲得一第一特徵曲線310。並且，量測電池在一額定最大充電電流速率下之電壓-電容量的關係，以獲得一第二特徵曲線320。於第一特徵曲線310與第二特徵曲線320上分別選取一第一特徵點312與一第二特徵點322，其中第一特徵點312所對應到的電壓值低於第二特徵點322所對應到的電壓值。
值得一提的是，特徵邊界線330實質上為通過第一特徵點312與第二特徵點322的一直線、一折線或一曲線。並且，第一特徵點312所對應的電容量值與透過電流積分方式所獲得的電容量值之差可定義為電池的剩餘容量。另外，第二特徵點322所對應的電容量值與透過電流積分方式所獲得的電容量值之差可定義為為電池在額定最大充電電流速率下的可用容量。在這樣的模式下，使用者可以根據剩餘容量與可用容量的比例來清楚地了解電池的狀態。相較於以往只能利用電池已放出電流的積分來獲得已使用的電容量而言，本實施例除了獲得已使用的電容量外更可以估計電池所剩餘的電容量，甚至可以估計剩餘的電容量中可有效使用的電容量。
具體而言，在充電模式下選取第一特徵點312與第二特徵點322的方式可以參照放電模式下選取特徵點的方式。也就是說，第一特徵點312的選取方法包括令電池在開路條件下，計算取樣點之內阻(Rn)相較於電池處於一參考殘電量時的內阻(Rm)之間的差異量△R，以及當Rn>Rm且△R/Rm超過一門檻值時，則判定當時電壓與電容量之位置為第一特徵點312，其中門檻值介於0.1至5。相似地，第二特徵點322的選取方式包括令電池在額定最大充電電流速率下，計算取樣點之內阻(Rn)相較於電池在一參考殘電量時的內阻(Rm)之間的差異量△R，以及當Rn>Rm時且△R/Rm超過一門檻值時則判定為第二特徵點322，其中門檻值介於0.1至5。
另外，第一截止點312的選取方法也可以是令電池在開路條件下，計算取樣點的電壓變異(△V)與電容量變異(△Ah)的比值(△V/△Ah)n相較電池在一參考殘電量時電壓變異(△V)與電容量變異(△Ah)的比值(△V/△Ah)m，兩比值的比大於一門檻值(Y)時的點作為第一特徵點312，且門檻值(Y)介於1.1至5。同時，第二特徵點322的選取方法則包括電池在額定最大充電電流速率下，計算取樣點的電壓變異(△V)與電容量變異(△Ah)的比值(△V/△Ah)n相較電池在一參考殘電量時電壓變異(△V)與電容量變異(△Ah)的比值(△V/△Ah)m，兩比值的比大於一門檻值(Y)時的點作為第二特徵點，且門檻值(Y)介於1.1至5。亦即，本發明之一實施例中，(△V/△Ah)n相較於參考值(△V/△Ah)m增加10%至400%的點可選取作為特徵點(312、322)。在本實施例中，參考殘電量例如為0%至100%殘電量，較佳為50%殘電量。
此外，建立一特徵邊界線330，特徵邊界線330通過第一特徵點312與第二特徵點322，其中第一特徵曲線310、第二特徵曲線320與特徵邊界線330定義出一操作範圍。隨之，令電池依據一充電特徵曲線302在至少一種充電電流速率下充電，其中充電特徵曲線302落在操作範圍內。換言之，本發明之特徵邊界線的建立可以應用於電池的放電模式中也可以應用於電池的充電模式中。
另外，電池在一取樣點K1上的最大充電功率(Pmax)為：
其中Min為較小值、Imax為電池在額定最大充電速率下的電流值、OCVk為電池在取樣點K的電容量下進行操作時的開路電壓值、Rk為電池在取樣點K的內阻、Yk為電池在取樣點K的電容量時截止特徵線330所對應的電壓值。
本實施例中還可以依照其他方式來建立圖4中所繪示的特徵邊界線330。舉例而言，建立特徵邊界線330的方法更包括以下步驟。量測電池在至少一種充電電流速率下之電壓-電容量的關係，以獲得至少一第三特徵曲線340，其中第三特徵曲線340的充電電流速率小於額定最大充電電流速率。接著，於上述第三特徵曲線340上選取一第三特徵點342，且令特徵邊界線330通過第三特徵點342。換言之，本實施例可以僅採用第一特徵點312與第二特徵點322兩個點來定義出特徵邊界線330，也可以採用第一特徵點312、第二特徵點322以及第三特徵點342三個點來定義出特徵邊界線330。
在一實施例中，第三特徵點342的選取方法包括令電池在至少一種充電電流速率下，計算取樣點之內阻(Rn)相較於電池在一參考殘電量時的內阻(Rm)之間的差異量△R以及當Rn>Rm且△R/Rm超過一門檻值時則判定為第三特徵點342，其中門檻值介於0.1至5。或是，第三特徵點342定義為電池在至少一種充電電流速率下，計算取樣點的電壓變異(△V)與電容量變異(△Ah)的比值(△V/△Ah)n相較電池在一參考殘電量時電壓變異(△V)與電容量變異(△Ah)的比值(△V/△Ah)m，兩比值的比大於一門檻值(Y)時的點作為第三特徵點342，且門檻值(Y)介於1.1至5。值得一提的是，上述的參考殘電量為0%至100%殘電量，或是50%殘電量。
除此之外，建立特徵邊界線330的方法還可以包括在不同操作溫度下建立不同的特徵邊界線330，以根據實際的操作溫度選擇其中一個特徵邊界線330以定義操作範圍。在特徵邊界線330上，電池的充電電流(I)與電容量(Q)例如符合線性函數Q=a(T)I+b(T)，其中a(T)以及b(T)為溫度的函式。另外，決定電池充電模式的方法更包括量測電池在操作截止時的量測電容量；判斷量測電容量值與上述的線性函數所計算出來的計算電容量值是否相同；以及於量測電容量值與計算電容量值不同時，將量測電容量值與計算電容量值的比值視為更新因子t，並將a(T)以及b(T)分別更新為a(T)×t以及b(T)×t。整體而言，本實施例可以採用前述實施例中所描述的手段應用於電池充電的操作過程中，藉此可以清楚地了解電池的狀態並且評估電池的可用程度。
綜上所述，本發明先量測出電池以定電流充放電所獲得的特徵曲線，並在這些特徵曲線上選取特徵點，以建立特徵邊界線。並且，令電池在這些特徵曲線與特徵邊界線所定義出來的操作範圍內進行充放電。如此一來，電池充放電過程中不會發生驟然的電壓變化而有助於避免電池的老化。另外，電池的可用電容量可以藉由截止特徵線評估出來而可讓使用者正確地了解電池的狀態。當然，使用者也可以根據截止特徵線的分布來估計電池可放電的最大功率及可充電的最大功率以作為判斷是否使用此電池的依據。
此外，雖然本發明所述之實施以放電過程為主要說明，充電過程之描述為避免過度重覆而較為精簡。本領域者可以透過上述放電過程之方法界定充電過程之實施全貌。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧操作點
102、202‧‧‧放電特徵曲線
110、310‧‧‧第一特徵曲線
112、312‧‧‧第一特徵點
120、320‧‧‧第二特徵曲線
122、322‧‧‧第二特徵點
130、230、330‧‧‧特徵邊界線
140、150、202a、202b‧‧‧曲線
240、340‧‧‧第三特徵曲線
242、342‧‧‧第三特徵點
302‧‧‧充電特徵曲線
C1、C4、C6‧‧‧剩餘容量
C2、C3、C5‧‧‧可用容量
K、K1‧‧‧取樣點
OCVk、Vk、Yk‧‧‧電壓值
Rn1、Rn2、Rm1、Rm2‧‧‧內阻值
圖1A與圖2繪示為在放電過程中，電池的電壓與輸出電容量之關係。
圖1B繪示為電池的殘電量與電池內阻之關係的示意圖，其中橫軸為電池殘電量，縱軸為電池內阻。
圖3繪示為在放電過程中，電池的電壓與輸出電容量關係之局部示意圖。
圖4繪示為在充電過程中電池的電壓與電容量的關係。
100．．．操作點
102．．．放電特徵曲線
110．．．第一特徵曲線
112．．．第一特徵(或轉折)點
120．．．第二特徵曲線
122．．．第二特徵點
130．．．特徵邊界線
C1．．．剩餘容量
C2．．．可用容量

Claims (38)

  1. 一種藉由電池充放電特性，以檢控容量與功率的方法，包括：量測一電池之開路電壓與輸出電容量的關係，以獲得一第一特徵曲線；量測該電池在一額定最大放電電流速率下之電壓-輸出電容量的關係，以獲得一第二特徵曲線；於該第一特徵曲線與該第二特徵曲線上分別選取一第一特徵點與一第二特徵點，該第一特徵點為該第一特徵曲線中電壓驟然下降的區段之前的點，該第二特徵點為該第二特徵曲線中電壓驟然下降的區段之前的點，其中該第一特徵點所對應到的電壓值高於該第二特徵點所對應到的電壓值；建立一特徵邊界線，該特徵邊界線通過該第一特徵點與該第二特徵點，其中該第一特徵曲線、該第二特徵曲線與該特徵邊界線為該電池放電操作邊界線定義出一操作範圍，該操作範圍是輸出電容量小於等於該特徵曲線的範圍並且電壓大於等於該特徵曲線的範圍；以及令該電池依據一放電特徵曲線在至少一種放電電流速率下放電，其中該放電特徵曲線落在該操作範圍內。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之藉由電池充放電特性，以檢控容量與功率的方法，其中該特徵邊界線實質上為通過該第一特徵點與該第二特徵點的一直線或一曲線。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之藉由電池充放電特 性，以檢控容量與功率的方法，其中該第一特徵點所對應的輸出電容量值與透過電流積分方式所獲得的輸出電容量值之差為該電池的剩餘容量。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之藉由電池充放電特性，以檢控容量與功率的方法，其中該第二特徵點所對應的輸出電容量值與透過電流積分方式所獲得的輸出電容量值之差為該電池在該額定最大放電電流速率下的可用容量。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之藉由電池充放電特性，以檢控容量與功率的方法，其中該第一特徵點的選取方法包括：該電池在開路條件下，計算取樣點之內阻(Rn)相較於該電池處於一參考殘電量時的內阻(Rm)之間的差異量△R；以及當Rn>Rm且△R/Rm超過一門檻值時則判定當時電壓與輸出電容量之位置為該第一特徵點，其中該門檻值介於0.1至5。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之藉由電池充放電特性，以檢控容量與功率的方法，其中該第二特徵點的選取方法包括：該電池在該額定最大放電電流速率下，計算取樣點之內阻(Rn)相較於該電池在一參考殘電量時的內阻(Rm)之間的差異量△R；以及當Rn>Rm且△R/Rm超過一門檻值時則判定為該第 二特徵點，其中該門檻值介於0.1至5。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之藉由電池充放電特性，以檢控容量與功率的方法，其中該第一特徵點的選取方法包括：該電池在開路條件下，計算取樣點的電壓變異(△V)與輸出電容量變異(△Ah)的比值(△V/△Ah)n相較該電池在一參考殘電量時電壓變異(△V)與輸出電容量變異(△Ah)的比值(△V/△Ah)m，兩者比值大於一門檻值(Y)時的點作為該第一特徵點，且該門檻值(Y)介於1.1至5。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之藉由電池充放電特性，以檢控容量與功率的方法，其中該第二特徵點的選取方法包括：該電池在該額定最大放電電流速率下，計算取樣點的電壓變異(△V)與輸出電容量變異(△Ah)的比值(△V/△Ah)n相較該電池在一參考殘電量時的電壓變異(△V)與輸出電容量變異(△Ah)的比值(△V/△Ah)m，兩者比值大於一門檻值(Y)時的點作為該第二特徵點，且該門檻值(Y)介於1.1至5。
  9. 如申請專利範圍第5至8項中任一項所述之檢核電池充放電模式以判斷電池容量與功率的方法，其中該參考殘電量為0%至100%殘電量。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之藉由電池充放電特性，以檢控容量與功率的方法，其中該放電特徵曲線與部分該特徵邊界線重疊。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之藉由電池充放電特性，以檢控容量與功率的方法，其中建立該特徵邊界線的方式更包括：量測該電池在該至少一種放電電流速率下之電壓-輸出電容量的關係，以獲得至少一第三特徵曲線，其中該第三特徵曲線該放電電流速率小於該額定最大放電電流速率；以及於該第三特徵曲線上選取一第三特徵點，該第三特徵點為該第三特徵曲線中電壓驟然下降的區段之前的點，並且令該特徵邊界線通過該第三特徵點。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之藉由電池充放電特性，以檢控容量與功率的方法，其中該第三特徵點的選取方法包括：該電池在該至少一種放電電流速率下，計算取樣點之內阻(Rn)相較於該電池在一參考殘電量時的內阻(Rm)之間的差異量△R；以及當Rn>Rm且△R/Rm超過一門檻值時則判定為該第三特徵點，其中該門檻值介於0.1至5。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之藉由電池充放電特性，以檢控容量與功率的方法，其中該第三特徵點的選取方法包括：該電池在該至少一種放電電流速率下，計算取樣點的電壓變異(△V)與輸出電容量變異(△Ah)的比值(△V/△Ah)n相較該電池在一參考殘電量時電壓變異(△V)與輸出 電容量變異(△Ah)的比值(△V/△Ah)m兩者比值大於一門檻值(Y)時的點作為該第三特徵點，且該門檻值(Y)介於1.1至5。
  14. 如申請專利範圍第12或13項所述之藉由電池充放電特性，以檢控容量與功率的方法，其中該參考殘電量為0%至100%殘電量。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之藉由電池充放電特性，以檢控容量與功率的方法，其中建立該特徵邊界線的方法更包括在不同操作溫度下建立不同的特徵邊界線，以根據實際的操作溫度選擇其中一個特徵邊界線以定義出該操作範圍。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之決定電池放電模式的方法，其中在該特徵邊界線上，該電池的放電電流(I)與輸出電容量(Q)符合一線性函數Q=a(T)I+b(T)，其中a以及b隨溫度改變而變化。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之藉由電池充放電特性，以檢控容量與功率的方法，更包括：量測該電池在操作截止時的一量測輸出電容量；判斷該量測輸出電容量值與該線性函數所計算出來的計算輸出電容量值是否相同；於該量測輸出電容量值與該計算輸出電容量值不同時，將該量測輸出電容量值與該計算輸出電容量值的比值視為更新因子t，並將a(T)以及b(T)分別更新為a(T)×t以及b(T)×t。
  18. 一種藉由電池充放電特性，以檢控容量與功率的方法，包括：量測一電池之開路電壓與電容量的關係，以獲得一第一特徵曲線；量測該電池在一額定最大充電電流速率下之電壓-電容量的關係，以獲得一第二特徵曲線；於該第一特徵曲線與該第二特徵曲線上分別選取一第一特徵點與一第二特徵點，該第一特徵點為該第一特徵曲線中電壓驟然上升的區段之前的點，該第二特徵點為該第二特徵曲線中電壓驟然上升的區段之前的點，其中該第一特徵點所對應到的電壓值低於該第二特徵點所對應到的電壓值；建立一特徵邊界線，該特徵邊界線通過該第一特徵點與該第二特徵點，其中該第一特徵曲線、該第二特徵曲線與該特徵邊界線定義出一操作範圍為該電池充電操作邊界線，該操作範圍是輸出電容量小於等於該特徵曲線的範圍並且電壓小於等於該特徵曲線的範圍；以及令該電池依據一充電特徵曲線在至少一種充電電流速率下充電，其中該充電特徵曲線落在該操作範圍內。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之藉由電池充放電特性，以檢控容量與功率的方法，其中該特徵邊界線實質上為通過該第一特徵點與該第二特徵點的一直線或一曲線。
  20. 如申請專利範圍第18項所述之藉由電池充放電 特性，以檢控容量與功率的方法，其中該第一特徵點所對應的電容量值與透過電流積分方式所獲得的電容量值之差為該電池的剩餘容量。
  21. 如申請專利範圍第18項所述之藉由電池充放電特性，以檢控容量與功率的方法，其中該第二特徵點所對應的電容量值與透過電流積分方式所獲得的電容量值之差為該電池在該額定最大充電電流速率下的可用容量。
  22. 如申請專利範圍第18項所述之藉由電池充放電特性，以檢控容量與功率的方法，其中該第一特徵點的選取方法包括：該電池在開路條件下，計算取樣點之內阻(Rn)相較於該電池處於一參考殘電量時的內阻(Rm)之間的差異量△R；以及當Rn>Rm且△R/Rm超過一門檻值時則判定當時電壓與電容量之位置為該第一特徵點，其中該門檻值介於0.1至5。
  23. 如申請專利範圍第18項所述之藉由電池充放電特性，以檢控容量與功率的方法，其中該第二特徵點的選取方法包括：該電池在該額定最大充電電流速率下，計算取樣點之內阻(Rn)相較於該電池在一參考殘電量時的內阻(Rm)之間的差異量△R；以及當Rn>Rm且△R/Rm超過一門檻值時則判定為該第二特徵點，其中該門檻值介於0.1至5。
  24. 如申請專利範圍第18項所述之藉由電池充放電特性，以檢控容量與功率的方法，其中該第一特徵點的選取方法包括：該電池在開路條件下，計算取樣點的電壓變異(△V)與電容量變異(△Ah)的比值(△V/△Ah)n相較該電池在一參考殘電量時電壓變異(△V)與電容量變異(△Ah)的比值(△V/△Ah)m，兩者比值大於一門檻值(Y)時的點作為該第一特徵點，且該門檻值(Y)介於1.1至5。
  25. 如申請專利範圍第18項所述之藉由電池充放電特性，以檢控容量與功率的方法，其中該第二特徵點的選取方法包括：該電池在該額定最大充電電流速率下，計算取樣點的電壓變異(△V)與電容量變異(△Ah)的比值(△V/△Ah)n相較該電池在一參考殘電量時的電壓變異(△V)與電容量變異(△Ah)的比值(△V/△Ah)m兩者比值大於一門檻值(Y)時的點作為該第二特徵點，且該門檻值(Y)介於1.1至5。
  26. 如申請專利範圍第22至25項中任一項所述之藉由電池充放電特性，以檢控容量與功率的方法，其中該參考殘電量為0%至100%殘電量。
  27. 如申請專利範圍第18項所述之藉由電池充放電特性，以檢控容量與功率的方法，其中該充電特徵曲線與部分該特徵邊界線重疊。
  28. 如申請專利範圍第18項所述之藉由電池充放電特性，以檢控容量與功率的方法，其中建立該特徵邊界線 的方式更包括：量測該電池在該至少一種放電電流速率下之電壓-電容量的關係，以獲得至少一第三特徵曲線，其中該第三特徵曲線充電電流速率小於該額定最大充電電流速率；以及於該第三特徵曲線上選取一第三特徵點，該第三特徵點為該第三特徵曲線中電壓驟然上升的區段之前的點，且令該特徵邊接線通過該第三特徵點。
  29. 如申請專利範圍第18項所述之藉由電池充放電特性，以檢控容量與功率的方法，其中該第三特徵點的選取方法包括：該電池在該至少一種充電電流速率下，計算取樣點之內阻(Rn)相較於該電池在一參考殘電量時的內阻(Rm)之間的差異量△R；以及當Rn>Rm且△R/Rm超過一門檻值時則判定為該第三特徵點，其中該門檻值介於0.1至5。
  30. 如申請專利範圍第18項所述之藉由電池充放電特性，以檢控容量與功率的方法，其中該第三特徵點的選取方法包括：該電池在該至少一種充電電流速率下，計算取樣點的電壓變異(△V)與電容量變異(△Ah)的比值(△V/△Ah)n相較該電池在一參考殘電量時電壓變異(△V)與電容量變異(△Ah)的比值(△V/△Ah)m，兩者比值大於一門檻值(Y)時的點作為該第三特徵點，且該門檻值(Y)介於1.1至5。
  31. 如申請專利範圍第29或30項所述之藉由電池充 放電特性，以檢控容量與功率的方法，其中該參考殘電量為0%至100%殘電量。
  32. 如申請專利範圍第18項所述之藉由電池充放電特性，以檢控容量與功率的方法，其中建立該特徵邊界線的方法更包括在不同操作溫度下建立不同的特徵邊界線，以根據實際的操作溫度選擇其中一個特徵邊界線以定義出該操作範圍。
  33. 如申請專利範圍第18項所述之決定電池放電模式的方法，其中在該特徵邊界線上，該電池的充電電流(I)與電容量(Q)符合一線性函數Q=a(T)I+b(T)，其中a以及b隨溫度改變而變化。
  34. 如申請專利範圍第33項所述之藉由電池充放電特性，以檢控容量與功率的方法，更包括：量測該電池在操作截止時的一量測電容量；判斷該量測電容量值與該線性函數所計算出來的計算電容量值是否相同；以及於該量測電容量值與該計算電容量值不同時，將該量測電容量值與該計算電容量值的比值視為更新因子t，並將a(T)以及b(T)分別更新為a(T)×t以及b(T)×t。
  35. 一種藉由電池充放電特性，以檢控容量與功率的方法，包括：量測一電池之開路電壓與輸出電容量的關係，以獲得一第一特徵曲線；量測該電池在一額定最大放電電流速率下之電壓-輸 出電容量的關係，以獲得一第二特徵曲線；於該第一特徵曲線與該第二特徵曲線上分別選取一第一特徵點與一第二特徵點，該第一特徵點為該第一特徵曲線中電壓驟然下降的區段之前的點，該第二特徵點為該第二特徵曲線中電壓驟然下降的區段之前的點，其中該第一特徵點所對應到的電壓值高於該第二特徵點所對應到的電壓值；建立一特徵邊界線，該特徵邊界線通過該第一特徵點與該第二特徵點，其中該第一特徵曲線、該第二特徵曲線與該特徵邊界線定義出一操作範圍，該操作範圍是輸出電容量小於等於該特徵曲線的範圍並且電壓大於等於該特徵曲線的範圍；令該電池依據一放電特徵曲線在至少一種放電電流速率下放電，其中該放電特徵曲線落在該操作範圍內；計算該第一特徵點所對應的輸出電容量值與透過電流積分方式所獲得的輸出電容量值之差以獲得該電池的剩餘容量；以及計算該第二特徵點所對應的輸出電容量值與透過電流積分方式所獲得的輸出電容量值之差以獲得該電池在該額定最大放電電流速率下的可用容量。
  36. 如申請專利範圍第35項所述之藉由電池充放電特性，以檢控容量與功率的方法，其中該電池在一取樣點上的最大放電功率(Pmax)為： 其中Min為較小值、Imax為該電池在該額定最大放電速率下的電流值、OCVk為該電池在該取樣點的輸出電容量下進行操作時的開路電壓值、Rk為該電池在該取樣點的內阻、Yk為該電池在該取樣點的輸出電容量下該特徵邊界線所對應的電壓值。
  37. 一種藉由電池充放電特性，以檢控容量與功率的方法，包括：量測一電池之開路電壓與電容量的關係，以獲得一第一特徵曲線；量測該電池在一額定最大充電電流速率下之電壓-電容量的關係，以獲得一第二特徵曲線；於該第一特徵曲線與該第二特徵曲線上分別選取一第一特徵點與一第二特徵點，該第一特徵點為該第一特徵曲線中電壓驟然上升的區段之前的點，該第二特徵點為該第二特徵曲線中電壓驟然上升的區段之前的點，其中該第一特徵點所對應到的電壓值低於該第二特徵點所對應到的電壓值；建立一特徵邊界線，該特徵邊界線通過該第一特徵點與該第二特徵點，其中該第一特徵曲線、該第二特徵曲線與該特徵邊界線定義出一操作範圍，該操作範圍是輸出電容量小於等於該特徵曲線的範圍並且電壓小於等於該特徵曲線的範圍；令該電池依據一充電特徵曲線在至少一種充電電流速率下充電，其中該充電特徵曲線落在該操作範圍內； 計算該第一截止點所對應的電容量值與透過電流積分方式所獲得的電容量值之差以獲得該電池的剩餘容量；以及計算該第二截止點所對應的電容量值與透過電流積分方式所獲得的電容量值之差以獲得該電池在該額定最大充電電流速率下的可用容量。
  38. 如申請專利範圍第37項所述之藉由電池充放電特性，以檢控容量與功率的方法，其中該電池在一取樣點上的最大充電功率(Pmax)為： 其中Min為較小值、Imax為該電池在該額定最大充電速率下的電流值、OCVk為該電池在該取樣點的電容量下進行操作時的開路電壓值、Rk為該電池在該取樣點的內阻、Yk為該電池在該取樣點的電容量下該特徵邊界線所對應的電壓值。
TW099140824A 2010-11-25 2010-11-25 一種藉由電池充放電特性檢控容量與功率的方法 TWI428622B (zh)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW099140824A TWI428622B (zh) 2010-11-25 2010-11-25 一種藉由電池充放電特性檢控容量與功率的方法
CN201010602250.4A CN102478637B (zh) 2010-11-25 2010-12-23 通过电池充放电特性检控容量与功率的方法
US13/081,514 US8823325B2 (en) 2010-11-25 2011-04-07 Method for checking and modulating battery capacity and power based on discharging/charging characteristics
US14/174,472 US9229510B2 (en) 2010-11-25 2014-02-06 Power management method for electro-chemical batteries in low capacity state

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW099140824A TWI428622B (zh) 2010-11-25 2010-11-25 一種藉由電池充放電特性檢控容量與功率的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201221986A TW201221986A (en) 2012-06-01
TWI428622B true TWI428622B (zh) 2014-03-01

Family

ID=46091346

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW099140824A TWI428622B (zh) 2010-11-25 2010-11-25 一種藉由電池充放電特性檢控容量與功率的方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US8823325B2 (zh)
CN (1) CN102478637B (zh)
TW (1) TWI428622B (zh)

Families Citing this family (50)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9229510B2 (en) 2010-11-25 2016-01-05 Industrial Technology Research Institute Power management method for electro-chemical batteries in low capacity state
JP5287844B2 (ja) * 2010-12-27 2013-09-11 株式会社デンソー 二次電池の残存容量演算装置
US9213070B2 (en) * 2011-05-31 2015-12-15 Kabushiki Kaisha Toshiba Calculation method, calculation system, and calculation apparatus
JP5870590B2 (ja) * 2011-09-29 2016-03-01 ミツミ電機株式会社 電池状態計測方法及び電池状態計測装置
US9201119B2 (en) 2011-12-19 2015-12-01 Qualcomm Incorporated Battery fuel gauge
US9269994B2 (en) * 2011-12-29 2016-02-23 Blackberry Limited Power pack remaining capacity level detection
US9195286B2 (en) * 2012-03-26 2015-11-24 Mediatek Inc. Method for performing power consumption control, and associated apparatus
CN103592601A (zh) * 2012-08-17 2014-02-19 上海斐讯数据通信技术有限公司 一种根据充放电曲线自动检测电池容量的测试系统
US9461490B2 (en) * 2013-03-13 2016-10-04 GM Global Technology Operations LLC Method and apparatus for evaluating a rechargeable battery
US20140278170A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Qualcomm Incorporated State of charge (soc) display for rechargeable battery
JP2014204571A (ja) * 2013-04-05 2014-10-27 株式会社マキタ 電動機器システム及びバッテリパック
US9205750B2 (en) * 2013-07-23 2015-12-08 Ford Global Technologies, Llc Method to estimate battery open-circuit voltage based on transient resistive effects
TWI511409B (zh) * 2013-11-26 2015-12-01 Ind Tech Res Inst 電源管理方法、裝置與晶片以及非暫態之電腦可讀取記錄媒介
CN103675704B (zh) * 2013-12-05 2016-01-13 沈阳君威新能科技有限公司 电池容量评估方法
ES2543922B1 (es) * 2013-12-18 2016-06-09 Bluelife Battery S.L Método para regenerar baterías de Ni-Mh
CN103762624B (zh) * 2013-12-28 2016-11-23 华为技术有限公司 一种电池管理方法及装置
JP6352399B2 (ja) * 2014-03-31 2018-07-04 三洋電機株式会社 電源システム
CN103995232B (zh) * 2014-04-21 2017-01-04 中通客车控股股份有限公司 一种磷酸铁锂动力电池组峰值充放电性能的检测方法
CN110515002B (zh) 2014-10-24 2021-11-12 德克萨斯仪器股份有限公司 电池容量监测器
KR102358435B1 (ko) * 2015-02-03 2022-02-04 삼성에스디아이 주식회사 배터리 충전방법 및 이를 이용한 배터리 팩
DE102015214128A1 (de) * 2015-07-27 2017-02-02 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Abschätzen eines aktuellen Leerlaufspannungsverlaufs einer Batterie
TWI568122B (zh) 2015-11-09 2017-01-21 財團法人工業技術研究院 電池系統與其控制方法
US10509076B2 (en) * 2016-09-19 2019-12-17 Microsoft Technology Licensing, Llc Battery performance monitoring
TWI618330B (zh) 2016-10-28 2018-03-11 財團法人工業技術研究院 電子裝置、電池模組與電池的充放電方法
JP6776904B2 (ja) * 2017-01-13 2020-10-28 株式会社デンソー 電池パック及び電源システム
US11656282B2 (en) * 2017-03-31 2023-05-23 Gs Yuasa International Ltd. Energy storage device management apparatus and energy storage device management method
DE102017208770B4 (de) * 2017-05-23 2019-03-28 Audi Ag Verfahren zur Prüfung eines Batteriezustands und Prüfvorrichtung zur Prüfung eines Batteriezustands
TWI649939B (zh) 2017-07-07 2019-02-01 財團法人工業技術研究院 電源裝置運作方法、電源裝置及電源裝置管理系統
TWI649573B (zh) 2017-12-04 2019-02-01 財團法人工業技術研究院 電池內短路阻抗之偵測方法和系統
TWI657639B (zh) 2017-12-04 2019-04-21 Industrial Technology Research Institute 電池放電流程決定方法和系統
CN108287312B (zh) * 2017-12-22 2021-06-04 广州市香港科大霍英东研究院 一种退役电池的分选方法、系统及装置
KR102156404B1 (ko) * 2018-01-09 2020-09-15 주식회사 엘지화학 배터리 셀 성능 테스트 장치 및 방법
TWI666848B (zh) * 2018-09-12 2019-07-21 財團法人工業技術研究院 蓄電系統消防裝置及其運作方法
CN109799458B (zh) * 2019-01-14 2022-02-25 欣旺达电子股份有限公司 测试峰值功率的方法、测试装置和计算机可读存储介质
CN109799459B (zh) * 2019-01-25 2021-02-12 欣旺达电子股份有限公司 测试锂离子动力电芯功率的方法、测试装置和存储介质
CN109991548A (zh) * 2019-04-19 2019-07-09 中国计量大学 一种ocv-soc标定实验方法、电池等效模型参数辨识方法及soc估算方法
JP2021044037A (ja) * 2019-09-10 2021-03-18 キオクシア株式会社 メモリシステム及び電源回路
JP7191873B2 (ja) * 2020-01-17 2022-12-19 株式会社東芝 充放電制御装置、充放電システム、充放電制御方法及び充放電制御プログラム
JP7436317B2 (ja) * 2020-07-29 2024-02-21 日立建機株式会社 電動作業機械
CN112505565B (zh) * 2020-12-18 2023-06-30 湖北亿纬动力有限公司 一种电池功率测试方法
US20220368150A1 (en) * 2021-04-27 2022-11-17 China Energy Investment Corporation Limited Voltage gradient-biased controller, system and method for controlling discharge of heterogeneous battery packs
JP7705308B2 (ja) * 2021-08-31 2025-07-09 株式会社Subaru 車両
US11936230B2 (en) * 2021-09-08 2024-03-19 Microsoft Technology Licensing, Llc Voltage regulator for computing device
CN113884900B (zh) * 2021-09-13 2022-08-23 北京交通大学 一种三元锂离子电池容量突变点预测方法
US12500436B2 (en) * 2021-10-20 2025-12-16 China Energy Investment Corporation Limited Controller, system, and method for managing discharge or charge of heterogeneous battery packs
CN114076898B (zh) * 2021-11-11 2023-09-08 深圳市冠旭电子股份有限公司 耳机电池电量检测方法、装置、设备及存储介质
CN114400749B (zh) * 2022-03-23 2022-06-17 杭州科工电子科技有限公司 电池管理系统及充放电管理方法
CN114865755B (zh) * 2022-07-06 2022-11-18 荣耀终端有限公司 多电池电源及充放电方法和电子设备
CN116520164B (zh) * 2023-02-09 2024-08-06 深圳市汉沣微电子有限公司 锂电池电量计量管理系统及电量计量管理方法
CN119936713B (zh) * 2024-12-30 2026-01-06 天津市产品质量监督检测技术研究院电工技术科学研究中心 基于开路电压曲线重构的锂离子电池健康状态估计方法及计算机可读存储介质

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3883368A (en) * 1972-10-26 1975-05-13 Union Carbide Corp Alkaline aluminum-air/zinc-manganese dioxide hybrid battery
US5160880A (en) 1989-05-10 1992-11-03 Allied-Signal Inc. Method and apparatus for charging and testing batteries
JP3121732B2 (ja) * 1994-11-04 2001-01-09 三菱電機株式会社 二次電池のパラメータ測定方法ならびにそれを用いた二次電池の充放電制御方法および寿命予測方法、ならびに、二次電池の充放電制御装置およびそれを用いた電力貯蔵装置
US5808445A (en) * 1995-12-06 1998-09-15 The University Of Virginia Patent Foundation Method for monitoring remaining battery capacity
US6094033A (en) 1998-10-02 2000-07-25 Georgia Tech Research Corporation Battery state of charge detector with rapid charging capability and method
JP3449226B2 (ja) 1998-07-03 2003-09-22 日産自動車株式会社 ハイブリッド車両のバッテリー制御装置
US6244157B1 (en) 1999-08-03 2001-06-12 The Ensign-Bickford Company Wire carrier perforating gun
US6469512B2 (en) 2000-01-12 2002-10-22 Honeywell International Inc. System and method for determining battery state-of-health
TW535308B (en) 2000-05-23 2003-06-01 Canon Kk Detecting method for detecting internal state of a rechargeable battery, detecting device for practicing said detecting method, and instrument provided with said
US6366054B1 (en) * 2001-05-02 2002-04-02 Honeywell International Inc. Method for determining state of charge of a battery by measuring its open circuit voltage
US6417646B1 (en) 2001-05-22 2002-07-09 Honeywell International Inc. Circuit for monitoring cells of a multi-cell battery during charge
JP4228760B2 (ja) 2002-07-12 2009-02-25 トヨタ自動車株式会社 バッテリ充電状態推定装置
US7321220B2 (en) 2003-11-20 2008-01-22 Lg Chem, Ltd. Method for calculating power capability of battery packs using advanced cell model predictive techniques
TWI283097B (en) 2004-12-31 2007-06-21 Jason Auto Technology Co Ltd Method and device for battery charger and diagnosis with detectable battery energy barrier
JP2007121030A (ja) * 2005-10-26 2007-05-17 Denso Corp 車両用蓄電装置の内部状態検出装置
JP5089883B2 (ja) 2005-12-16 2012-12-05 日立ビークルエナジー株式会社 蓄電池管理装置
JP4816097B2 (ja) 2006-01-20 2011-11-16 日産自動車株式会社 電池のｓｏｃ算出装置
CN101034137B (zh) * 2006-03-07 2010-05-12 新德科技股份有限公司 电池截止放电电压测量及修正方法
TW200741596A (en) 2006-04-25 2007-11-01 Inventec Appliances Corp Periodic interactive learning method
KR101134894B1 (ko) 2006-06-28 2012-04-13 엘지전자 주식회사 배터리 잔량 검출과 표시를 위한 장치 및 방법
KR100839385B1 (ko) 2006-11-01 2008-06-19 삼성에스디아이 주식회사 배터리 관리 시스템 및 그의 구동 방법
JP4811301B2 (ja) 2007-03-06 2011-11-09 トヨタ自動車株式会社 二次電池の入出力制御装置、および車両
US7808244B2 (en) 2008-03-31 2010-10-05 Texas Instruments Incorporated System and method for determining state of charge of a battery utilizing initial voltage and current measurement and a previous estimate of battery resistance
WO2009150773A1 (ja) 2008-06-12 2009-12-17 パナソニック株式会社 リチウムイオン二次電池の充電方法および充放電方法
JP5044511B2 (ja) 2008-09-03 2012-10-10 トヨタ自動車株式会社 リチウムイオン電池の劣化判定方法、リチウムイオン電池の制御方法、リチウムイオン電池の劣化判定装置、リチウムイオン電池の制御装置及び車両
US20100063658A1 (en) 2008-09-05 2010-03-11 Ford Global Technologies, Llc Engine Speed Control and Battery Power Scheduling Strategy for an Engine in a Hybrid Electric Vehicle Powertrain
FR2936110B1 (fr) 2008-09-16 2010-10-01 Commissariat Energie Atomique Systeme autonome comportant une batterie et une supercapacite et procede de charge.
JP4930482B2 (ja) 2008-09-30 2012-05-16 株式会社デンソー バッテリの充放電制御装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN102478637A (zh) 2012-05-30
US8823325B2 (en) 2014-09-02
TW201221986A (en) 2012-06-01
CN102478637B (zh) 2015-04-15
US20120133331A1 (en) 2012-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI428622B (zh) 一種藉由電池充放電特性檢控容量與功率的方法
CN103176135B (zh) 电池老化评估方法
CN104597402B (zh) 车辆高压蓄电池的劣化判定装置及方法
US9239363B2 (en) Battery diagnosis device and method
CN102230953B (zh) 蓄电池剩余容量及健康状况预测方法
JP5835761B2 (ja) バッテリー容量劣化推定装置及び方法
US9551757B2 (en) Measuring devices of remaining battery life and measuring methods thereof
KR101293630B1 (ko) 배터리 용량 퇴화 추정 장치 및 방법
JP6749080B2 (ja) 蓄電システム、二次電池の制御システム及び二次電池の制御方法
JP5255119B2 (ja) 電池充電率算出装置
JPWO2011004550A1 (ja) サイクル数計数回路、電池パック、及び電池システム
CN105378497A (zh) 用于评估混合动力车辆电池健康状态的方法
EP3379277B1 (en) Capacity maintenance rate estimation apparatus or capacity maintenance rate estimation method
KR101474401B1 (ko) 이차전지 배터리 팩의 상태 추정장치와 방법 및 이를 이용한 배터리 팩
JPWO2011135631A1 (ja) 満充電容量補正回路、充電システム、電池パック、及び満充電容量補正方法
CN101169471A (zh) 二次电池容量估算法
EP4083641B1 (en) Semiconductor device for monitoring battery remaining capacity
JP6494431B2 (ja) 蓄電デバイスの劣化診断装置
KR101630409B1 (ko) 이차전지 배터리 팩의 상태 추정장치와 방법 및 이를 이용한 배터리 팩
KR101491460B1 (ko) 배터리의 액티브 셀 밸런싱 방법 및 이를 이용한 시스템
KR101744560B1 (ko) 하이브리드 전기저장장치 관리 시스템
CN120820871A (zh) 电池包的健康状态的评估方法
KR101467363B1 (ko) 배터리의 soc 추정 방법 및 장치
CN120405465A (zh) 电池电量的检测方法与储能系统