專利名稱：充電電池組的電壓校正方法
技術領域：
本發明涉及一種電壓校正方法，特別涉及一種可減少各電池單元內阻壓差的影響以校正各電池單元的測量電壓的充電電池組的電壓校正方法。
背景技術：
為了給設備提供足夠的電壓，一般充電電池組通常由多個電池單元串聯而成，這樣的組合能方式能同時滿足筆記型電腦、醫療設備、高功耗需求的儀器設備等。在設計電池組時，通常多個串聯的電池單元彼此之間的電壓是平衡的，然而因為電池組各電池單元之間的走線以及頭尾兩端的電池單元銜接的鎳片產生的電阻，使得在充電電池組內的電池控制單元在偵測各電池單元的電壓時，會偵測到不一致的結果。在現有技術中有幾個用來平衡電池組內各電池單元的電壓的方式，其大致上分為電池電壓平衡法(cellvoltagebalance)以及電池容量平衡法(cell capacity balance)兩大類型。但這兩大類型的電壓平衡方法并無法解決到鎳片或走線在各電池單元內所造成的內阻，而導致串聯電池的串電壓差的問題。舉例而言，在一個具有多個電池單元串聯而成的充電電池組中，電池組因為外觀設計的限制，造成內部電池單元之間的內電阻不平均，同時電池組兩端的電池單元也因為導電鎳片的影響，其內阻往往大于其他非兩端的電池單元。如此一來，當充電電池組在充電過程中，電池控制單元會提早將電池判定為充電完成(但實際上內部的電池單元并未完全充電)，而在放電的過程中，電池控制單元會提早將電池判定為放電完成(但實際上內部的電池單元仍有部分可用電力)。這樣的結果，使得充電電池組的實際可用電池容量比其所設計的容量來得低，且在充電過程中因無法正確充電完成而影響電池的壽命。

發明內容
為解決上述在充電電池組中各電池單元內阻造成的壓差，導致充電電池組的充放電不完全的問題，本發明提供一種可減少各電池單元內阻壓差的影響以校正各電池單元的測量電壓的電壓校正的方法。為了達到上述目的，本發明的技術方案如下:在本發明的實施例中，提供了一種充電電池組的電壓校正方法。在一充電電池組中包括串聯的一第一電池單元以及一第二電池單元，所述充電電池模塊還包括一電池控制單元，其電連接在所述第一電池單元以及所述第二電池單元。所述電壓校正方法包括使用所述電池控制單元執行下列步驟:分別取得所述第一電池單元以及所述第二電池單元的一第一測量電壓以及一第二測量電壓；依據所述第一測量電壓以及所述第二測量電壓獲得一平均電壓；依據所述第一測量電壓、所述平均電壓以及流過所述第一電池單元的一充電電流獲得所述第一電池單元的一第一計算內阻；取得所述第一電池單元的一第一更新測量電壓以及取得流過所述第一電池單元的一更新充電電流以及依據所述第一更新測量電壓、所述更新充電電流以及所述第一計算內阻獲得所述第一電池單元的一第一校正電壓。
進一步特征為還包括使用所述電池控制單元執行下列步驟:判斷所述第一電池單元的相對容量是否大于所述第一電池單元的充飽容量的一預設比例；判斷所述第一測量電壓是否大于一預設電壓值；以及若所述第一電池單元的相對容量大于所述第一電池單元的充飽容量的所述預設比例以及所述第一測量電壓大于所述預設電壓值，依據所述第一測量電壓、所述平均電壓以及所述充電電流獲得所述第一計算內阻。進一步特征為還包括使用所述電池控制單元執行下列步驟:依據所述第二測量電壓、所述平均電壓以及流過所述第二電池單元的所述充電電流獲得所述第二電池單元的一第二計算內阻；取得所述第二電池單元的一第二更新測量電壓以及取得流過所述第二電池單元的一更新充電電流；以及依據所述第二更新測量電壓、所述更新充電電流以及所述第二計算內阻獲得所述第二電池單元的一第二校正電壓。進一步特征為還包括使用所述電池控制單元執行下列步驟:在對所述第一電池單元充電時，依據所述第一校正電壓判斷所述第一電池單元是否充電完成。進一步特征為還 包括使用所述電池控制單元執行下列步驟:在對所述第一電池單元放電時，依據所述第一校正電壓判斷所述第一電池單元是否放電完成。進一步特征為所述電池控制單元依據所述第一測量電壓以及所述第二測量電壓獲得所述平均電壓是依據相同權重的所述第一測量電壓以及所述第二測量電壓獲得所述平均電壓。進一步特征為所述電池控制單元依據下列條件獲得所述第一計算內阻:Rle =(V1-Vavg)/I ;其中Rle為所述第一計算內阻，V1為所述第一測量電壓，Vavg為所述平均電壓，
I為所述充電電流。進一步特征為所述電池控制單元依據下列條件獲得所述第一校正電壓:Vlc;=
V-1' Rle;其中V1。為所述第一校正電壓，V/為所述第一更新測量電壓，Γ為所述更新充電電流，Rle為所述第一計算內阻。在本發明的實施例中，還提供了一種充電電池組的電壓校正方法。在一充電電池組中包括串聯的多個電池單元，所述充電電池模塊還包括一電池控制單元，其電連接在所述多個電池單元。所述電壓校正方法包括使用所述電池控制單元執行下列步驟:分別取得所述多個電池單元的多個測量電壓；依據所述多個測量電壓獲得一平均電壓；依據各電池單元的各測量電壓、所述平均電壓以及流過所述多個電池單元的一充電電流，獲得所述多個電池單元相對應的多個計算內阻；取得所述多個電池單元的多個更新測量電壓以及取得流過所述多個電池單元的一更新充電電流；以及依據各更新測量電壓、所述更新充電電流以及各計算內阻獲得所述多個電池單元相對應的多個校正電壓。進一步特征為還包括使用所述電池控制單元執行下列步驟:判斷各電池單元的相對容量是否大于各電池單元的充飽容量的一預設比例；判斷各電池單元的各測量電壓是否大于一預設電壓值；以及若各電池單元的相對容量分別大于各電池單元的充飽容量的所述預設比例以及各測量電壓分別大于所述預設電壓值時，分別依據各測量電壓、所述平均電壓以及所述充電電流分別獲得各計算內阻。進一步特征為還包括使用所述電池控制單元執行下列步驟:在對所述多個電池單元充電時，依據各校正電壓判斷所對應的所述電池單元是否充電完成。進一步特征為還包括使用所述電池控制單元執行下列步驟:在對所述多個電池單元放電時，依據各校正電壓判斷所對應的所述電池單元是否放電完成。進一步特征為所述電池控制單元依據所述多個測量電壓獲得所述平均電壓是依據相同權重的所述多個測量電壓獲得所述平均電壓。本發明的優點為:利用本發明實施例所提供的電壓校正方法，可以依據各電池單元的內阻之間的比例調整各電池單元實際測得的電壓，使各電池單元計算后的校正電壓更接近各電池單元的實際電壓，使電池控制單元在充電電池組在充/放電過程中，獲得更準確的電壓數值，使充電電池組的充/放電達到更佳的效率。


圖1為本發明使用電壓校正的充電電池組的示意圖。圖2為電壓校正方法中的內阻計算流程示意圖。圖3為電壓校正方法中的電壓校正流程示意圖。其中，附圖標記說明如下:I充電電池組10第一電池單元11第一內阻20第二電池單元21第二內阻30第三電池單元31第三內阻40電池控制單元102 108、

100內阻計算流程步驟202 206200電壓校正流程
具體實施例方式請參考圖1，圖1為本發明使用電壓校正的充電電池組I的示意圖。充電電池組I由多個電池單元串聯而成，其中電池單元可為充電電池單元。在圖1的充電電池組I中，是由第一電池單元10、第二電池單元20以及第三電池單元30串聯而成。然而本發明并不以實施例中的電池單元數量為限，在充電電池組I中也可僅使用兩個電池單元，或串聯更多個電池單元，且還可以將多個彼此串聯的電池串并聯后而具有更大的電池容量。充電電池組I內具有一電池控制單元40，分別電連接在第一電池單元10、第二電池單元20以及第三電池單元30，以分別取得第一電池單元10、第二電池單元20以及第三電池單元30的一第一測量電壓V1、一第二測量電壓V2以及一第三測量電壓V3。另外，電池控制單元40也用來取得流過第一電池單元10的電流I1、流過第二電池單元20的電流I2以及流過第三電池單元30的電流13，由于本實施例中，流至電池控制單元40的電流相比較I1U2J3甚小而可忽略不計，因此為說明方便，本實施例設I1 = I2 = I3= I。再者，電池控制單元40控制充電電池組I的充放電過程。由于充電電池組I的外觀設計、導電鎳片以及電池單元間走線的影響，第一電池單元10、第二電池單元20以及第三電池單元30分別產生了一第一內阻11即R1、一第二內阻21即民以及一第三內阻31即R3，各內阻的實際電阻值對電池控制單元40而言是未知的，且一般來說，因為充電電池組I兩端的電池單元10、30因連接導電鎳片，使得實際情況的R1 >> R2 R3或R3 >> R1 R2，然此并不會對本發明的實施造成限制。
為了在充電電池組I中減少內阻所造成的壓差，使充電電池組I的充放電達到更佳的效率，本發明提出了一種充電電池組的電壓校正方法。請參考圖2，圖2為電壓校正方法中的內阻計算流程100流程示意圖。內阻計算流程100是在充電或放電程序中進行內阻的計算，包括下列步驟:步驟102:判斷各電池單元的相對容量是否都大于充飽容量的一預設比例？步驟104:取得各電池單元的各測量電壓，并判斷各電池單元的各測量電壓是否大于一預設電壓值？步驟106:依據各電池單元的各測量電壓獲得一平均電壓；步驟108:計算各電池單元的各計算內阻。當充電電池組I在充電過程中，各電池單元的電池容量大于一定比例且各電池單元的測量電壓大于某一預設電壓值時，可以較準確地計算出各電池單元的各計算內阻。換言之，即使不執行步驟102與104也可直接執行步驟106、108來計算出各電池單元的計算內阻，也即本發明的實施不以執行步驟102與104為限。然而，執行步驟102與104可獲得較佳的結果。因此，在此本發明的較佳實施例中，電池控制單元40先在步驟102中判斷各電池單元的相對容量(relative state of capacity,RSOC)是否都大于充飽容量(fullchargecapacity, FCC)的一預設比例。舉例來說，假定各電池單元的充飽容量為FCC,則電池控制單元40可在步驟102中判斷各電池單元的相對容量是否大于其FCC的50 %，且當各電池單元的相對容量都超過其FC C的50%時，再執行后續步驟。接著在步驟104中，電池控制單元40分別取得第一電池單元10、第二電池單元20以及第三電池單元30的第一測量電壓V1、第二測量電壓V2以及第三測量電壓V3,電池控制單元40并在判斷各電池單元的測量電壓超過所述預設電壓值(例如3.7伏特)時，再執行步驟106與108。請注意，本發明的電壓校正方法，包括圖2的內阻計算流程100以及圖3的電壓校正流程200都可在充電電池組I的放電程序中執行。在放電程序中執行的條件與在充電程序中執行的條件相仿，也即為了較準確地計算出各電池單元的各計算內阻，當各電池單元的RSOC大于FCC的一預設比例(例如50%)且各電池單元的測量電壓大于某一預設電壓值(例如3.7伏特)時，再執行步驟106與108。還請注意，上述預設比例的范例50%與預設電壓值的范例3.7伏特并非對本發明實施的限制，本技術領域具有通常知識者可依據實際應用的不同，例如依據電池單元的種類不同，在不過度實驗下，選擇不同的預設比例及預設電壓值。由于第一測量電壓V1、第二測量電壓V2以及第三測量電壓V3都受到各電池單元的內阻的影響而大于各電池單元的實際電壓，因此在步驟106中，電池控制單元40依據V1J2以及V3計算產生一平均電壓Vavg，本實施例是以相同權重來平均％、\、V3以產生平均電壓Vavg，也即:Vavg=(VAVV3)Ai;其中η為電池單元的數量，在本實施例中η等于3。也可依據電池設定或設計需求，依一特定比例的權重對各測量電壓加權計算出平均電壓Vavg，例如:Vavg = (0.9^+1.005V2+1.005V3) /η。接著電池控制單元40依據各電池單元的測量電壓、平均電壓Vavg、以及在充電過程中對充電電池組I充電的充電電流I，估算各電池單元的內阻。例如,第一電池單元10的第一內阻Il(R1)雖為未知，但在步驟108中，依據下列公式可獲得第一電池單元10的一第一計算內阻Rle:Rle= I (V1-Vavg)/I I ；同理電池控制單元40可獲得第二電池單元20的一第二計算內阻R2e = I (V2-Vavg)/1|、以及第三電池單元30的一第三計算內阻R3e= I (V3-Vavg)/I |。當所有電池單元的計算內阻都計算完成后，即結束內阻計算流程100。接著請參考圖3，圖3為電壓校正方法中進行電壓校正流程200示意圖，其包括下列步驟:步驟202:取得一電池單元的計算內阻；步驟203:取得所述電池單元的更新測量電壓及更新充電電流；步驟204:依據所述電池單元的更新測量電壓、更新充電電流以及計算內阻獲得所述電池單元的校正電壓；步驟206:依據所述電池單元的校正電壓判斷所述電池單元是否充/放電完成。由于現有已執行內阻計算流程100，完成估算各電池單元的計算內阻Rle、R2e, R3e,因此在步驟202中，電池控制單元40可直接取得第一計算內阻Rle= (V1-Vavg)/I U然后在步驟203中，電池控制單元40測量取得第一電池單元10的第一更新測量電壓V/及更新的充電電流Γ。接著在步驟204中，電池控制單元40依據第一電池單元10的第一更新測量電壓V/、第一計算內阻Rle、更新充電電流Γ獲得第一電池單元10的一第一校正電壓Vlc如下:Vlc = V/ —I' Rle;請注意，V/為更新測量的電壓，其值會隨著每次測量時充電電池組I的環境條件、使用狀況等而有不同，也即V1'的值可能等于或異于現有計算R16時所測量的V1;同理，
I,為更新測量的電流，其值會隨著每次測量時充電電池組I的環境條件、使用狀況等而有不同，也即I,的值可能等于或異于現有計算Rle所測量的I ;至于Rle在本實施例中一經求得即不需重新計算。然此并非對本發明的限制，Rle也可在一預定時間后(例如m周，m為正整數)通過本發明的內阻計算流程100重新求得，也可在每次充電電池組I充電時即通過內阻計算流程100重新求得。
據上，在步驟206中，當充電電池組I進行充電時，電池控制單元40即依據第一電池單元10的第一校正電SV1。來判斷第一電池單元10是否充電完成。由上可知，第一校正電壓Vle比電池控制單元40實際自第一電池單元10量得的第一更新測量電壓V低，意味著將第一電池單元10的內阻所造成的壓差除去，因此當第一更新測量電壓V1'達到額定充飽電壓但第一校正電壓Vle尚未達到時，電池控制單兀40會判斷第一電池單兀10尚未被充飽。直到第一校正電壓V1。達到第一電池單元10的額定充飽電壓時，電池控制單元40才判斷第一電池單元10已充電完成而停止充電。藉此，第一電池單元10比現有技術具有更佳的充飽電量。至于充電電池組I其他的電池單元的電壓校正流程200也相仿，此處不再贅述。類似地，在步驟206中，當充電電池組I進行放電時，電池控制單元40即依據第一電池單元10的第一校正電壓Vle來判斷第一電池單元10是否需停止放電。由于第一校正電壓Vle比電池控制單元40實際自第一電池單元10量得的第一更新測量電壓V低，因此即便第一更新測量電壓V/尚未達到額定放電截止電壓但第一校正電壓已達到時，電池控制單元40也會判斷第一電池單元10需停止放電。藉此，第一電池單元10比現有技術更能避免過度放電。此外，由于前述在步驟108中所計算出來的各電池單元的計算內阻實際上與各電池單元的測量電壓有關，因此在步驟204中所計算出的各校正電壓也可反應出各內阻實際造成的壓差的關系。也即當第一電池單元10相較其他電池單元具有較大內阻時，在步驟204中的第一校正電壓V1。也會反映出對第一更新測量電壓V/進行較大程度的修正。至于充電電池組I在放電過程中，電池控制單元40也使用上述電壓校正方法，依據所計算出來的各校正電壓來判斷各電池單元是否放電完成。為更具體說明本發明所揭示的電壓校正方法，以下以一具體實施例來作說明。依據步驟104，在充電電池組I中，電池控制單元40分別測量得第一電池單元10、第二電池單元20以及第三電池單元30的第一測量電壓V1為3806mV、第二測量電壓V2為380ImV以及第三測量電壓V3為3802mV，而充電過程中所施加的充電電流I = 1A。依據步驟106 計算獲得的平均電壓 Vavg = (VJVdV3) /n = (3806+3801+3802) /3 =3803 (mV)。接著在步驟108中，獲得各電池單元的計算內阻如下:Rle = I (V1-Vavg)/I I = I (3806-3803)/I I = 3(πιΩ)；R2e = I (V2-Vavg) / I = I (3801-3803)/1 = 2(ι Ω)；R3e = I (V3-Vavg) / I = I (3802-3803)/1 = 1(ι Ω)；再依據步驟202，電池控制單元40先直接取得各電池單元的計算內阻Rle、R2e、R3e。接著依據步驟203，分別取得第一電池單元10、第二電池單元20以及第三電池單元30的第一更新測量電壓V/為3807mV、第二更新測量電壓V2'為3802mV以及第三更新測量電壓V為3802mV，以及取得目前更新充電電流Γ = 1.1A。然后再依據步驟204，獲得各電池單元的校正電壓如下:Vlc = V/ -Γ Rle = 3807-1.1x3 = 3803.7 (mV)；V2c = N2' -1' R2e = 3802-1.1x2 = 3799.8 (mV)；V3c = V3' -Γ R3e = 3802-1.1xl = 3800.9 (mV)；如此即可獲得各電池單元接近實際電壓的校正電壓。 本發明所揭示的電壓校正方法以及相關的充電電池組,通過將充電電池組內各電池單元的內阻對每一個充電電池所產生的平均壓差得出一平均電壓，再依據所述平均電壓與各電池單元的測量電壓計算出各電池單元的計算內阻，最后依據各電池單元的計算內阻修正各電池單元的測量電壓以得出各電池單元的校正電壓，且校正電壓較接近各電池單元的真實電壓。因此，在充電電池組進行充電或放電時，電池控制單元能依據校正電壓進行更準確的充放電判斷。以上所述僅為本發明的優選實施例，凡依本發明權利要求所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋范圍。
權利要求
1.一種充電電池組的電壓校正方法,在一充電電池組中包括串聯的一第一電池單元及一第二電池單元，所述充電電池模塊還包括一電池控制單元，其電連接于所述第一電池單元及所述第二電池單元，所述電壓校正方法包括使用所述電池控制單元執行下列步驟: 分別取得所述第一電池單元的一第一測量電壓及所述第二電池單元的一第二測量電壓； 依據所述第一測量電壓及所述第二測量電壓獲得一平均電壓； 依據所述第一測量電壓、所述平均電壓以及流過所述第一電池單元的一充電電流獲得所述第一電池單元的一第一計算內阻； 取得所述第一電池單元的一第一更新測量電壓以及取得流過所述第一電池單元的一更新充電電流；以及 依據所述第一更新測量電壓、所述更新充電電流以及所述第一計算內阻獲得所述第一電池單兀的一第一校正電壓。
2.如權利要求1所述的電壓校正方法，其特征為，還包括使用所述電池控制單元執行下列步驟: 判斷所述第一電池單元的相對容量是否大于所述第一電池單元的充飽容量的一預設比例； 判斷所述第一測量電壓是否大于一預設電壓值；以及 若所述第一電池單元的相對容量大于所述第一電池單元的充飽容量的所述預設比例以及所述第一測量電壓大于所述預設電壓值，依據所述第一測量電壓、所述平均電壓以及所述充電電流獲得所述第一計算內阻。
3.如權利要求1所述的電壓校正方法，其特征為，還包括使用所述電池控制單元執行下列步驟: 依據所述第二測量電壓、所述平均電壓以及流過所述第二電池單元的所述充電電流獲得所述第二電池單元的一第二計算內阻； 取得所述第二電池單元的一第二更新測量電壓以及取得流過所述第二電池單元的一更新充電電流；以及 依據所述第二更新測量電壓、所述更新充電電流以及所述第二計算內阻獲得所述第二電池單元的一第二校正電壓。
4.如權利要求1所述的電壓校正方法，其特征為，還包括使用所述電池控制單元執行下列步驟:在對所述第一電池單元充電時，依據所述第一校正電壓判斷所述第一電池單元是否充電完成。
5.如權利要求1所述的電壓校正方法，其特征為，還包括使用所述電池控制單元執行下列步驟:在對所述第一電池單元放電時，依據所述第一校正電壓判斷所述第一電池單元是否放電完成。
6.如權利要求1所述的電壓校正方法，其特征為，所述電池控制單元依據所述第一測量電壓以及所述第二測量電壓獲得所述平均電壓是依據相同權重的所述第一測量電壓以及所述第二測量電壓獲得所述平均電壓。
7.如權利要求1所述的電壓校正方法，其特征為，所述電池控制單元依據下列條件獲得所述第一計算內阻:Rle= (V1-Vavg)/I ； 其中Rle為所述第一計算內阻，V1為所述第一測量電壓，Vavg為所述平均電壓，I為所述充電電流。
8.如權利要求1所述的電壓校正方法，其特征為，所述電池控制單元依據下列條件獲得所述第一校正電壓:Vlc = V -1' Rle ； 其中V1。為所述第一校正電壓，V/為所述第一更新測量電壓，Γ為所述更新充電電流，Rle為所述第一計算內阻。
9.一種充電電池組的電壓校正方法，在一充電電池組中包括串聯的多個電池單元，所述充電電池模塊還包括一電池控制單元，其電連接在所述多個電池單元，所述電壓校正方法包括使用所述電池控制單元執行下列步驟: 分別取得所述多個電池單元的多個測量電壓； 依據所述多個測量電壓獲得一平均電壓； 依據各電池單元的各測量電壓、所述平均電壓以及流過所述多個電池單元的一 充電電流獲得所述多個電池單元相對應的多個計算內阻； 取得所述多個電池單元的多個更新測量電壓以及取得流過所述多個電池單元的一更新充電電流；以及 依據各更新測量電壓、所述更新充電電流以及各計算內阻獲得所述多個電池單元相對應的多個校正電壓。
10.如權利要求9所述的電壓校正方法，其特征為，還包括使用所述電池控制單元執行下列步驟: 判斷各電池單元的相對容量是否大于各電池單元的充飽容量的一預設比例； 判斷各電池單元的各測量電壓是否大于一預設電壓值；以及 若各電池單元的相對容量分別大于各電池單元的充飽容量的所述預設比例以及各測量電壓分別大于所述預設電壓值時，分別依據各測量電壓、所述平均電壓以及所述充電電流分別獲得各計算內阻。
11.如權利要求9所述的電壓校正方法，其特征為，還包括使用所述電池控制單元執行下列步驟:在對所述多個電池單元充電時，依據各校正電壓判斷所對應的所述電池單元是否充電完成。
12.如權利要求9所述的電壓校正方法，其特征為，還包括使用所述電池控制單元執行下列步驟:在對所述多個電池單元放電時，依據各校正電壓判斷所對應的所述電池單元是否放電完成。
13.如權利要求9所述的電壓校正方法，其特征為，所述電池控制單元依據所述多個測量電壓獲得所述平均電壓是依據相同權重的所述多個測量電壓獲得所述平均電壓。
全文摘要
本發明公開了一種在一充電電池組中，通過將充電電池組內各電池單元的內阻對每一個充電電池所產生的平均壓差得出一平均電壓，再依據所述平均電壓與各電池單元的測量電壓計算出各電池單元的計算內阻，最后依據各電池單元的計算內阻修正各電池單元的測量電壓得出各電池單元的校正電壓，使各電池單元的校正電壓更接近各電池單元的真實電壓，在充電電池組進行充電或放電時，電池控制單元能依據更接近真實電壓的校正電壓進行充放電判斷。
文檔編號G01R31/36GK103197115SQ201210005649
公開日2013年7月10日 申請日期2012年1月5日 優先權日2012年1月5日
發明者陳泰宏, 黃國彰 申請人:新普科技股份有限公司