TWI795958B - 電池容量計算方法及電池容量計算裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明公開一種電池容量計算方法，包括以下步驟。判斷電池的電池溫度、第一溫度轉折點以及第二溫度轉折點之間的大小關係。當電池溫度小於第一溫度轉折點以及大於或等於第二溫度轉折點時，設定第一溫度變量以及電池溫度分別為第一線性函數的應變數以及自變數。當電池溫度小於第二溫度轉折點時，設定第一溫度變量以及電池溫度分別為指數函數的應變數以及自變數。最後，至少依據理想容量及第一溫度變量計算實際容量。
Description
本發明涉及一種電池容量計算方法及電池容量計算裝置，特別是涉及一種考量溫度因子的電池容量計算方法及電池容量計算裝置。
隨著人們對電池應用的需求不斷增加，對電池容量也更加重視。由於電池容量受到溫度因子的影響極大，所以必須根據溫度因子設計一套電池容量補償機制。然而，目前市面上針對溫度因子所設計的電池容量補償機制並不普遍。就以目前市面上針對溫度因子的電池容量補償機制，先根據電池溫度計算出電池內阻，接著利用電池內阻計算出容量差，以便進行電池容量補償。
本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種電池容量計算方法以及電池容量計算裝置。
為了解決上述的技術問題，本發明所採用的其中一技術方案是提供一種電池容量計算方法，包括：偵測電池的電池溫度；判斷電池溫度、電池的第一溫度轉折點以及電池的第二溫度轉折點之間的大小關係；當電池溫度小於第一溫度轉折點以及大於或等於第二溫度轉折點時，設定第一溫度變量以及電池溫度分別為第一線性函數的應變數以及自變數；當電池溫度小於第二溫度轉折點時，設定第一溫度變量以及電池溫度分別為指數函數的應變數以及自變數；以及至少依據電池的理想容量及第一溫度變量計算電池的實際容量。
為了解決上述的技術問題，本發明所採用的另一技術方案是提供一種電池容量計算裝置，其包括溫度偵測器以及處理器。溫度偵測器偵測電池的電池溫度，而處理器電性連接於溫度偵測器。處理器用於執行電池容量計算方法，其包含：判斷電池溫度、電池的第一溫度轉折點以及電池的第二溫度轉折點之間的大小關係；當電池溫度小於第一溫度轉折點以及大於或等於第二溫度轉折點時，設定第一溫度變量以及電池溫度分別為第一線性函數的應變數以及自變數；當放電初始溫度小於第二溫度轉折點時，設定第一溫度變量以及電池溫度分別為指數函數的應變數以及自變數；以及至少依據理想容量及第一溫度變量計算實際容量。
為了解決上述的技術問題，本發明所採用的再一技術方案是提供一種電池容量計算方法，包括：偵測電池的電池溫度；設定溫度變量以及電池溫度分別為指數函數的應變數以及自變數；以及依據理想容量以及溫度變量計算實際容量。
為了解決上述的技術問題，本發明所採用的又一技術方案是提供一種電池容量計算裝置，其包含溫度偵測器以及處理器。溫度偵測器偵測電池的電池溫度，而處理器電性連接於溫度偵測器。處理器用於執行電池容量計算方法，其包含：設定溫度變量以及電池溫度分別為指數函數的應變數以及自變數；以及依據理想容量以及溫度變量計算實際容量。
本發明的其中一有益效果在於，經由本發明所提供的電池容量計算裝置及電池容量計算方法，不論電池處於任何環境，都可快速及準確地估算出電池的實際容量。如此一來，根據計算出的實際容量來設計溫度補償機制，以使得裝載有電池的終端裝置所顯示的剩餘容量與實際上電池可使用的容量相符。
為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。
以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關“電池容量計算方法及電池容量計算裝置”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。
應當可以理解的是，雖然本文中可能會使用到“第一”、“第二”、“第三”等術語來描述各種元件或者信號，但這些元件或者信號不應受這些術語的限制。這些術語主要是用以區分一元件與另一元件，或者一信號與另一信號。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。
為了能快速且準確地估計出溫度效應對於電池實際的可容量的影響，本發明提供一種電池容量計算方法以及用於執行電池容量計算方法的電池容量計算裝置。首先判斷電池溫度是否達到電池的溫度轉折點。當電池溫度達到溫度轉折點時，電池能完全地將所儲存的容量（亦可稱電量）釋放。反之，當電池溫度低於溫度轉折點時，電池無法完全地釋放所儲存的容量。透過本發明的電池容量計算方法，可準確且快速地推算出溫度效應所造成電池無法釋放的容量百分率，藉此對電池設計溫度補償機制，後續所提及的電池理想容量以及電池實際容量的各實施例，以電池放電過程作舉例，故所提及的電池理想容量即為電池理想上可釋放的容量，至於電池實際容量即為電池受到溫度效應之影響，實際上可釋放的容量。
[第一實施例]
圖1為本發明一實施例的電池容量計算裝置的功能方塊圖。如圖1所示，電池容量計算裝置A包括有一溫度偵測器1、一處理器2以及一記憶體3。溫度偵測器1電性連接於電池B以及處理器2，而記憶體3電性連接於處理器2。溫度偵測器1用於持續地偵測電池B的電池溫度，當電池B進行放電時，溫度偵測器1持續偵測電池B的電池溫度。記憶體3內儲存電池容量計算方法。溫度偵測器1每一次偵測到的電池溫度都會儲存於記憶體3並隨時進行更新。處理器2根據溫度偵測器1所偵測到電池溫度執行電池容量計算方法以計算電池B的實際容量，至於電池容量計算方法如何執行的細節將於圖2闡述。
圖2A-圖2C為本發明第一實施例的電池容量計算方法的流程圖，而圖2A-圖2C的電池容量計算方法可由圖1的電池容量計算裝置A來執行，但不以此為限。關於本實施例中，以電池具有兩個溫度轉折點作舉例。如圖2A所示，關於步驟S201，溫度偵測器1取得電池的電池溫度的初始值。關於步驟S203，處理器2判斷電池溫度的初始值、電池的第一溫度轉折點以及電池的第二溫度轉折點之間的大小關係，其中第一溫度轉折點大於第二溫度轉折點。
當處理器2確認電池溫度的初始值大於或等於電池的第一溫度轉折點時，執行步驟S205。當處理器2確認電池溫度的初始值小於第一溫度轉折點且大於或等於電池的第二溫度轉折點時，執行步驟S207。當處理器2確認電池溫度的初始值小於第二溫度轉折點時，執行步驟S209。
關於步驟S205，處理器2依據電池的理想容量、電池的預留容量以及電池的保留容量計算電池的實際容量。詳言之，電池的預留容量取決於電池的充電電壓的大小，而電池的保留容量取決於欠電壓保護(UVP)的電壓點、產品應用種類或使用需求，而電池的實際容量＝電池的理想容量-電池的預留容量-電池的保留容量。
關於步驟S207，處理器2設定電池溫度的初始值以及第一溫度變量分別為第一線性函數的自變數以及應變數且計算第一溫度變量。舉例來說，f1(t1)=a1*t1+b1為線性函數，t1為電池溫度的初始值，f(t1)為第一溫度變量，而 a1及b1為常數且與電池的電芯材料相關。
關於步驟S209，處理器2設定電池溫度的初始值以及第一溫度變量分別為指數函數的自變數以及應變數且計算第一溫度變量。舉例來說， f2 (t)=a2*(exp(b2*t2+c2))+d2為指數函數，t2為電池溫度的初始值，f2(t2)為第一溫度變量，而 a2、b2、c2及d2為常數且與電池的電芯材料相關。
在步驟S207及步驟S209之後，執行步驟S211。在步驟S211，處理器2依據電池的理想容量、電池的預留容量、電池的保留容量以及第一溫度變量計算電池的實際容量，其中記憶體3儲存有計算電池的實際容量的公式：FCC1=(Qmax-Precap-Rsvdcap)-(Qmax-Precap-Rsvdcap)*(100%-LTempf1)，其中FCC1為電池的實際容量， Qmax為電池的理想容量，Precap為電池的預留容量， Rsvdcap為電池的保留容量，而LTempf1為第一溫度變量。
如圖2B所示，在步驟S211之後，執行步驟S213。在步驟S213，溫度偵測器1偵測電池的電池溫度。在步驟S213之後，執行步驟S215。在步驟S215，處理器2判斷電池溫度、第一溫度轉折點以及第二溫度轉折點之間的大小關係。當處理器2確認電池溫度大於或等於第一溫度轉折點時，執行步驟S217。當處理器2確認電池溫度小於第一溫度轉折點且大於或等於第二溫度轉折點，執行步驟S219。當處理器2確認電池溫度小於第二溫度轉折點，執行步驟S221。
關於步驟S217，處理器2取得電池溫度達到第一溫度轉折點所對應的第一時間點以及當前電池溫度所對應的第二時間點，且計算第二時間點與第一時間點之間的時間差。
關於步驟S219，處理器2設定電池溫度以及第一溫度變量分別為第一線性函數的自變數以及應變數且計算第一溫度變量。舉例來說， f1(t1)=a1*t1+b1為線性函數，t1為電池溫度，而f(t1)為第一溫度變量。
關於步驟S221，處理器2設定電池溫度以及第一溫度變量分別為指數函數的自變數以及應變數且計算第一溫度變量。舉例來說， f2 (t)=a2*(exp(b2*t2+c2))+d2為指數函數，t2為電池溫度2，而f2(t2)為第一溫度變量。
在步驟S217之後，執行步驟S223。關於步驟S223，處理器2設定時間差與第二溫度變量分別為第二線性函數的自變數與應變數。舉例來說，f3(t3)=a3*t3+b3為第二線性函數，t3為時間差，f3(t3)為第二溫度變量，而 a3及b3為常數且與電池的電芯材料相關。
在步驟S223之後，執行步驟S225。在步驟S225，處理器2依據電池的理想容量、電池的預留容量、電池的保留容量、第一溫度變量、以及第二溫度變量以計算電池的實際容量。記憶體3儲存有計算電池的實際容量的公式：FCC2=(Qmax-Precap-Rsvdcap)-(Qmax-Precap-Rsvdcap)*(100%-LTempf1)- (Qmax-Precap-Rsvdcap)*(100%-LTempf2)，其中FCC2為電池的實際容量， Qmax為電池的理想容量，Precap為電池的預留容量， Rsvdcap為電池的保留容量， LTempf1為第一溫度變量，而LTempf2為第二溫度變量。在步驟S225之後，返回步驟S213。
在步驟S219及步驟S221之後，執行步驟S227。關於步驟S227，處理器2依據電池的理想容量、電池的預留容量、電池的保留容量以及第一溫度變量計算電池的實際容量，其中計算電池的實際容量係根據前述的計算公式：FCC1=(Qmax-Precap-Rsvdcap)-(Qmax-Precap-Rsvdcap)*(100%-LTempf1)。
在步驟S227之後，返回步驟S213。
如圖2C所示，在步驟S205之後，接著步驟S229。在步驟S229，溫度偵測器1偵測電池的電池溫度，接著步驟S231。在步驟S231，處理器2判斷電池溫度、第一溫度轉折點以及第二溫度轉折點之間的大小關係。當處理器2確認電池溫度大於或等於第一溫度轉折點時，返回步驟S205。當處理器2確認電池溫度小於第一溫度轉折點且大於或等於第二溫度轉折點，執行步驟S233。當處理器2確認電池溫度小於第二溫度轉折點，執行步驟S235。
在步驟S233，處理器2設定電池溫度以及第一溫度變量分別為第一線性函數的自變數以及應變數且計算第一溫度變量。在步驟S235，處理器2設定電池溫度以及第一溫度變量分別為指數函數的自變數以及應變數且計算第一溫度變量。在步驟S233及步驟S235之後，接著步驟S237。在步驟S237，處理器2依據電池理想容量、電池的預留容量、電池的保留容量以及第一溫度變量計算電池實際容量。在步驟S237之後，返回步驟S229。
針對圖2A-圖2C提出的電池容量計算方法，舉例來說，當裝載有電池的終端裝置受到環境溫度之影響而導致無法將所儲存的容量完全地釋放。經由圖2A-圖2C所提出的電池容量計算方法，可快速地估計出電池因為環境因素而無法正常釋放出的容量。在計算電池無法正常釋放的容量時，必須同時考量到電池溫度仍小於溫度轉折點的第一放電階段以及電池溫度已經達到溫度轉折點溫度的第二放電階段。
在第一放電階段，如果電池溫度介於第一溫度轉折點與第二溫度轉折點之間，則電池實際容量符合一線性函數。如果電池溫度小於第二轉折點溫度，則電池實際容量符合一指數函數。電池在第一放電階段的實際容量即為圖2A-圖2C所提到的第一溫度變量。
經過第一放電階段而進入第二放電階段後，此時電池溫度已達到第一溫度轉折點，但此時電池的電芯材料尚未完全恢復，導致電池仍無法正常地釋放所儲存的容量。在第二放電階段，電池實際容量符合一線性函數，而電池在第二放電階段的實際容量即為圖2A-圖2C所提到的第二溫度變量。
圖3為第一電池的電池溫度與電池容量的關係圖。如圖3所示，第一電池僅有一個溫度轉折點，該溫度轉折點約為攝氏17度。當第一電池的電池溫度大於或等於攝氏17度時，第一電池實際容量約為100%，表示第一電池能將所儲存的容量完全地釋放。當第一電池的電池溫度小於攝氏17度時，電池實際容量符合一指數函數。
圖4為第二電池的電池溫度與電池容量的關係圖。如圖4所示，圖4的第二電池的電芯材料不同於圖3的第一電池的電芯材料，所以第二電池具有兩個溫度轉折點，其分別約為攝氏17度以及零下8度。當第二電池的電池溫度大於或等於攝氏17度時，第二電池實際容量約為100%，表示第二電池能將所將所儲存的容量完全地釋放。當第二電池的電池溫度小於攝氏17度且大於或等於零下8度時，第二電池實際容量符合線性函數。當第二電池的電池溫度小於零下8度時，第二電池實際容量符合指數函數。
以下以圖3的第一電池為例，對圖2A-圖2C的電池容量計算方法進行準確率的驗證。
如圖3所示，第一電池的溫度轉折點約為攝氏17度，而以下的表1為圖3的第一電池的實驗數據表。舉例來說，當C-Rate=0.5且放電初始溫度為攝氏12度時，約有6.5%的容量無法釋放。
(表1)
| 放電速率(C-Rate) | 放電初始溫度（攝氏） | 放電最終溫度(攝氏) | 放電時間(秒) | 總放電量(安培-小時) | 實際容量 |
| 0.2 | 11.9度 | 16.8度 | 18124 | 211.09 | 94.7% |
| 0.5 | 12度 | 24.7度 | 7152 | 208.41 | 93.5% |
| 0.2 | 1.8度 | 7.6度 | 15604 | 181.29 | 81.3% |
由於第一電池的放電初始溫度低於第一電池的溫度轉折點，故第一溫度變量符合一指數函數：f2(t2) = - exp (-0.1*t2-2)+1。當t2=12，f2(12)約為 0.96，意即第一溫度變量（LTempf1）約為96%。
圖5為圖3的第一電池的電池溫度達到溫度轉折點之後的電池容量與時間的關係圖。當第一電池的電池溫度大於或等於溫度轉折點時，第一電池的實際容量符合一線性函數。在時間T0時，第一電池的電池溫度雖已達到溫度轉折點，但由於第一電池的電芯材料尚未完全恢復而導致第一電池能釋放約69.3%的容量。在時間T1時，第一電池能釋放出約86.7%的容量。根據時間T0以及時間T1分別對應的電池實際容量，可推算出在此階段第一電池的實際容量符合第二線性函數：f3(t3)＝0.0000412*t3+0.693，其中t3為當前電池溫度所對應的時間點與時間T0之間的時間差，f3(t3)為此階段的實際容量，亦為第二溫度變量。在時間T2時，電池停止放電，將時間T2與時間T0之時間差代入t3，計算出第二溫度變量約為97.2%。
最後，將第一溫度變量以及第二溫度變量代入計算公式：FCC2=(Qmax-Precap-Rsvdcap)-(Qmax-Precap-Rsvdcap)*(100%-LTempf1)-(Qmax-Precap-Rsvdcap)*(100%-LTempf2)，計算出電池受到溫度效應的影響而無法正常釋放的容量的百分率=(100%-96%)+(100%-97.2%)=6.8%。相較於前述表1所示的6.5%，兩者之間誤差約為0.3%。如此一來，表示圖2A-圖2C的電池容量計算方法的準確度符合實際使用需求。
以下表2為第三電池的實驗數據表。
（表2）
| 放電速率(C-Rate) | 電池溫度(攝氏) | 總放電量(安培-小時) | 實際容量 |
| 0.2 | 0 | 166.73 | 75.6% |
| 0.5 | 0.1 | 174.39 | 79.0% |
| 0.2 | 5.6 | 197.84 | 89.3% |
| 0.5 | 4.7 | 188.96 | 85.4% |
| 0.2 | 10 | 209.92 | 94.7% |
| 0.5 | 10 | 203.95 | 92.0% |
| 0.2 | 15 | 212.57 | 95.9% |
| 0.5 | 14.9 | 212.24 | 95.7% |
| 0.2 | 24.8 | 217.85 | 98.2% |
| 0.5 | 25 | 213.87 | 96.4% |
| 0.2 | 40 | 220.43 | 99.3% |
| 0.5 | 40 | 219.60 | 99.0% |
經由表2的多筆數據，可推算出第三電池的電池溫度與實際容量之間符合一指數函數。因此，本發明提出第二實施例的電池容量計算方法。
[第二實施例]
圖6為本發明第二實施例的電池容量計算方法的流程圖，而圖6的電池容量計算方法可由圖1的電池容量計算裝置A來執行，但不以此為限。如圖6所示，關於步驟S601，透過溫度偵測器1，偵測電池的電池溫度。關於步驟S603，透過處理器2，設定溫度變量與電池溫度分別為指數函數的應變數以及自變數且計算出溫度變量。舉例來說， 指數函數：f (t)=a*exp(b*t)＋c，t為電池溫度，f(t)為溫度變量， 而a、 b及c為常數且與電池的電芯材料相關。
關於步驟S605，處理器2依據理想容量、電池的預留容量、電池的保留容量以及溫度變量以計算出電池的實際容量，而記憶體3內儲存有計算電池的實際容量FCC2的公式： FCC2=Qmax*Tempf-Precap-RsvdCap。FCC2為電池的實際容量，Qmax為電池的理想容量，LTempf為溫度變量，Precap為電池的預留容量，而Rsvdcap為電池的保留容量。由於理想容量、電池的預留容量、電池的保留容量均為預設值，計算出的溫度變量代入上述計算公式，即可計算出電池的實際容量。
[實施例的有益效果]
本發明的其中一有益效果在於，經由本發明所提供的電池容量計算裝置及電池容量計算方法，不論電池處於任何環境下，都可快速及準確地估算出電池的實際容量。如此一來，可根據計算出的實際容量針對電池設計溫度補償機制，使得裝載有電池的終端裝置所顯示的剩餘容量與實際可使用的容量相符。
以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。
A:電池容量計算裝置
1:溫度偵測器
2:處理器
3:記憶體
B:電池
步驟S201~步驟S237
步驟S601~步驟S605
圖1為本發明第一實施例的電池容量計算裝置的功能方塊圖。
圖2A-圖2C為本發明第一實施例的電池容量計算方法的流程圖。
圖3為第一電池的電池溫度與電池容量的關係圖。
圖4為第二電池的電池溫度與電池容量的關係圖。
圖5為圖3的第一電池的電池溫度達到第一溫度轉折點之後的電池容量與電池放電時間的關係圖。
圖6為本發明第二實施例的電池容量計算方法的流程圖。
步驟S601~步驟S605
Claims (8)
- 一種電池容量計算方法，包括：偵測一電池的一電池溫度；判斷該電池溫度、該電池的一第一溫度轉折點以及該電池的一第二溫度轉折點之間的大小關係；當該電池溫度小於該第一溫度轉折點以及大於或等於該第二溫度轉折點時，設定一第一溫度變量以及該電池溫度分別為一第一線性函數的一應變數以及一自變數；當該電池溫度小於該第二溫度轉折點時，設定該第一溫度變量以及該電池溫度分別為一指數函數的一應變數以及一自變數；以及至少依據該電池的一理想容量以及該第一溫度變量計算該電池的一實際容量。
- 如請求項1所述之電池容量計算方法，更包括：在設定該第一溫度變量之後，判斷該電池溫度是否大於或等於該第一溫度轉折點，當確認該電池溫度大於或等於該第一溫度轉折點時，設定一第二溫度變量以及一時間差分別為一第二線性函數的一應變數以及一自變數；以及依據該理想容量、該第一溫度變量以及該第二溫度變量計算該實際容量。
- 如請求項2所述之電池容量計算方法，其中計算該實際容量依據一公式：FCC=(Qmax-Precap-Rsvdcap)-(Qmax-Precap-Rsvdcap)*(100%-LTempf1)-(Qmax-Precap-Rsvscap)*(100%-LTempf2)，其中FCC為該實際容量，Qmax為該理想容量，Precap為該電池的一預留容量，Rsvdcap為該電池的一保留容量，LTempf1為該第一溫度變量，而LTempf2為該第二溫度變量。
- 如請求項1所述之電池容量計算方法，其中該第一線性函數為f(t)=a*t+b，其中f(t)為該第一溫度變量，t為該電池溫度，而a及b為常數。
- 如請求項1所述之電池容量計算方法，其中該指數函數為f(t)=a*exp(b*t+c)+d，其中f(t)為該第一溫度變量，t為該電池溫度，而a、b、c及d為常數。
- 如請求項2所述之電池容量計算方法，其中該第二線性函數為f(t)=a*t+b，其中f(t)為該第二溫度變量，t為該時間差，而a及b為常數。
- 如請求項2所述之電池容量計算方法，其中該時間差為該電池溫度所對應的一第一時間點與該電池溫度達到該第一溫度轉折點所對應的一第二時間點之間的差。
- 一種電池容量計算裝置，包括：一溫度偵測器，用於偵測一電池的一電池溫度；以及一處理器，電性連接於該溫度偵測器以取得該電池溫度；其中該處理器用於執行一電池容量計算方法，而該電池容量計算方法包含：判斷該電池溫度、該電池的一第一溫度轉折點以及該電池的一第二溫度轉折點之間的大小關係；當該電池溫度小於該第一溫度轉折點以及大於或等於該第二溫度轉折點時，設定一第一溫度變量以及該電池溫度分別為一第一線性函數的一應變數以及一自變數；當該電池溫度小於該第二溫度轉折點時，設定該第一溫度變量以及該電池溫度分別為一指數函數的一應變數以及一自變數；以及 至少依據該電池的一理想容量以及該第一溫度變量計算該電池的一實際容量。
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| TW110139421A TWI795958B (zh) | 2021-10-25 | 2021-10-25 | 電池容量計算方法及電池容量計算裝置 |
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| TW (1) | TWI795958B (zh) |
Citations (10)
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2021
- 2021-10-25 TW TW110139421A patent/TWI795958B/zh active
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| Publication number | Publication date |
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| TW202318023A (zh) | 2023-05-01 |
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