電池健康狀態(tài)檢知方法與裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種電池健康狀態(tài)檢知裝置，包含有一檢測(cè)模塊、一運(yùn)算控制模塊以及一輸出模塊，運(yùn)算控制模塊分別與檢測(cè)模塊以及輸出模塊電連接，該檢測(cè)模塊對(duì)一電池進(jìn)行電壓檢測(cè)，且在選定的測(cè)試點(diǎn)取得電池的電壓值，運(yùn)算控制模塊根據(jù)測(cè)試點(diǎn)的電壓值轉(zhuǎn)換為一比值，再與該電池已知的一電池健康狀態(tài)曲線進(jìn)行比對(duì)，即可取得該電池的健康狀態(tài)值并由輸出模塊輸出；運(yùn)算控制模塊在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行電壓檢測(cè)以得到電池的健康狀態(tài)值，而易于判斷電池的健康狀態(tài)，解決現(xiàn)有不易快速且簡(jiǎn)單地判斷電池健康狀態(tài)以及產(chǎn)生電池電量估測(cè)誤差或有維修成本增加的問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】電池健康狀態(tài)檢知方法與裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種電池健康狀態(tài)檢知裝置，尤指一種檢測(cè)電池的電壓并比對(duì)該電池已知的健康狀態(tài)曲線，即可快速得知電池當(dāng)下健康狀態(tài)的檢知裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電池技術(shù)的發(fā)展以及人們對(duì)于節(jié)能減碳與環(huán)保的要求，使用電動(dòng)載具的機(jī)會(huì)日漸增加，而為了使電動(dòng)載具符合較高的續(xù)航旅程距離及性能的需求，其使用的電池組即需串聯(lián)或串并聯(lián)多數(shù)個(gè)電池以達(dá)到所需的電壓與容量，而提高電池的效率以及對(duì)電池進(jìn)行退化估測(cè)便是維持前述要求的重要條件。
[0003]電動(dòng)載具的主要能量來(lái)源為安裝在其內(nèi)部的電池組，而電池真正可儲(chǔ)存的能量即為使用者考量與否需要充電的重要依據(jù)，由于現(xiàn)有電動(dòng)載具的市場(chǎng)需求日漸增加，其主要是作為中短程通勤之用，大部份電動(dòng)載具的使用者是居住在大樓或公寓的環(huán)境，除非在停車區(qū)域有設(shè)充電插座或充電站，否則要替電動(dòng)載具充電將是一大問(wèn)題，因此較佳的解決方式是在各地設(shè)置電池交換站，當(dāng)電動(dòng)載具在行駛時(shí)發(fā)現(xiàn)電力即將耗盡，使用者可就近至電池交換站付費(fèi)交換已充飽電的電池，其交換費(fèi)用僅需依換下電池的剩余電量多寡進(jìn)行計(jì)價(jià)，因此，電池交換站需要對(duì)換下的電池進(jìn)行電池電量檢測(cè)及電池退化狀態(tài)檢測(cè)。
[0004]一般而言，在電動(dòng)載具的應(yīng)用，當(dāng)電池當(dāng)下的有效電容量低于原廠設(shè)定的有效容量的80%時(shí)，即可將該電池視為嚴(yán)重退化，而不再符合電動(dòng)載具的需求；因此，通過(guò)電池退化狀態(tài)檢測(cè)，可避免換下的電池因其當(dāng)下的有效電容量的不同，造成電池使用時(shí)間及性能不一，而有電池電量錯(cuò)估的問(wèn)題。
[0005]目前市面上針對(duì)電池的電量檢測(cè)或是退化檢測(cè)的裝置主要是針對(duì)車用的鉛酸電池，常見(jiàn)的有電池壽命測(cè)試儀或電池檢測(cè)儀，其中，該電池壽命測(cè)試儀是利用內(nèi)置的高功率的負(fù)載功率電路，由電池對(duì)負(fù)載功率電路進(jìn)行大電流放電，以量測(cè)其電壓降而可得其放電的能力，并由放電能力判斷電池的退化狀態(tài)，由于電池壽命測(cè)試儀內(nèi)置有高功率的負(fù)載功率電路，造成體積龐大而有攜帶不便的缺點(diǎn)，且因測(cè)試過(guò)程的放電電流相當(dāng)大，電池測(cè)試時(shí)間不可過(guò)長(zhǎng)，否則會(huì)有加速電池退化的問(wèn)題；該電池檢測(cè)儀主要是分析電池的四項(xiàng)指標(biāo)(電壓、冷啟動(dòng)電流值、電阻、電池能量)，根據(jù)以上四項(xiàng)指標(biāo)判斷電池的退化狀態(tài)，但主要是以量測(cè)電池的電阻(內(nèi)阻)為主，通過(guò)交流內(nèi)阻測(cè)量法測(cè)試電池的內(nèi)阻值，而可對(duì)應(yīng)得到電池的容量，不過(guò)電池檢測(cè)儀測(cè)量電池容量時(shí)，車輛必須熄火超過(guò)一個(gè)小時(shí)以上，且僅能針對(duì)單顆電池量測(cè)，無(wú)法于串聯(lián)多個(gè)電池時(shí)分別測(cè)量各電池容量。
[0006]因此現(xiàn)有用于檢測(cè)電池的健康狀態(tài)(SOH:State Of Health)的技術(shù)，如美國(guó)專利公開(kāi)第20070252600號(hào)“電池健康狀態(tài)的診斷方法(Diagnosis method forstate-of-health of batteries) ”,其以一定電流進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間放電,再測(cè)量電池的電壓值，觀察其電壓變化率，進(jìn)而判斷該電池的健康狀態(tài)是否有異常，由于電池需進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間放電，且僅能判斷是否發(fā)生退化，而無(wú)法快速且即時(shí)得知電池當(dāng)下的健康狀態(tài)的問(wèn)題。
[0007]而如美國(guó)專利公開(kāi)第20090128097號(hào)“追蹤電池健康狀態(tài)之系統(tǒng)與方法(Methodand system for tracking battery state of health) ”，由一充電裝置、一充電計(jì)時(shí)裝置與一處理單元組成，通過(guò)對(duì)待測(cè)電池充電與計(jì)時(shí)，計(jì)算該電池在充電過(guò)程中的電容量，再與電池預(yù)設(shè)的電容量比較，而可判斷該電池的健康狀態(tài)，由于其使用累計(jì)法，判斷時(shí)間長(zhǎng)且無(wú)法快速檢測(cè)，加上需有特殊設(shè)計(jì)的濾波器，因此無(wú)法即時(shí)檢知該電池的健康狀態(tài)。
[0008]由上述可知，現(xiàn)有針對(duì)電池的電量檢測(cè)的裝置多是使用電流法與內(nèi)阻法進(jìn)行測(cè)量，其中，該電流法是使用特定電流放電方式，量測(cè)并觀察電壓的變化率，以作為電池健康狀態(tài)的判斷依據(jù)，其缺點(diǎn)是電池需進(jìn)行完整充、放電步驟，造成放電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，而且只能判斷電池是否健康，無(wú)法判斷其健康程度；該內(nèi)阻法需提供電池一外部的輸入電壓，由該輸入電壓量測(cè)電池的內(nèi)阻值，再經(jīng)計(jì)算以判斷電池的退化狀態(tài)，其缺點(diǎn)是檢測(cè)裝置規(guī)格與成本較高，且需要多個(gè)次系統(tǒng)組成；該累計(jì)法是在電池放電過(guò)程中持續(xù)量測(cè)與記錄電池的電荷，待完成放電步驟后再與該電池的原始記錄值相比較，以判別電池的健康狀態(tài)，其缺點(diǎn)是需完整的放電步驟，造成判別時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而無(wú)法快速檢測(cè)，且需有特殊設(shè)計(jì)的濾波器輔助。
[0009]綜上所述，現(xiàn)有針對(duì)電池的電量檢測(cè)或是退化檢測(cè)的裝置或方法皆有其限制與缺點(diǎn)，例如電流法需要長(zhǎng)時(shí)間放電造成檢測(cè)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，而且只能判斷電池健康與否，無(wú)法判斷電池的健康程度；內(nèi)阻法的系統(tǒng)規(guī)格要求較高，需由多個(gè)次系統(tǒng)組成，造成設(shè)置成本過(guò)高；累計(jì)法的判斷時(shí)間長(zhǎng)，因此無(wú)法快速檢測(cè)，而且須有特殊的濾波器設(shè)計(jì)；因此，現(xiàn)有電動(dòng)載具上的電池容量顯示裝置，若無(wú)加入電池退化估測(cè)的參數(shù)，將會(huì)致使駕駛者讀取到有誤差或過(guò)高的電容量值，產(chǎn)生誤判行駛距離的困擾；此外，若是以電池交換方式更換電力耗盡的電池，則會(huì)面臨欲付費(fèi)交換電池時(shí)，可能因更換的電池壽命長(zhǎng)短不同、使用時(shí)間與性能不一以及電池殘余容量不準(zhǔn)確而有電量估測(cè)誤差的問(wèn)題，加上電池交換站無(wú)法有效針對(duì)換下的電池依據(jù)其健康狀態(tài)或退化程度進(jìn)行維修，以分別更換嚴(yán)重退化的電池芯，造成更換整組電池芯會(huì)有浪費(fèi)與維修成本增加的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]如前揭所述，現(xiàn)有技術(shù)針對(duì)電池的健康狀態(tài)仍無(wú)法有效的即時(shí)得到檢知結(jié)果，換下的電池易因使用時(shí)間與性能不一以及電池殘余容量不準(zhǔn)確而有電量估測(cè)誤差的問(wèn)題，而電池交換站則無(wú)法有效的對(duì)換下的電池依據(jù)其健康狀態(tài)或退化程度進(jìn)行維修，造成維修成本增加的問(wèn)題，因此本發(fā)明主要目的在提供可快速檢測(cè)電池健康狀態(tài)的一電池健康狀態(tài)檢知方法與裝置，主要是在電池充電或放電時(shí)選定測(cè)試點(diǎn)，由測(cè)試點(diǎn)所得的電壓比值與電池原始的健康狀態(tài)曲線進(jìn)行比對(duì)，即可得到電池的健康狀態(tài)值，做為電池退化與電容量修正的判斷依據(jù)，解決現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法快速判斷電池的健康狀態(tài)，而產(chǎn)生維修成本增加以及電池電容量錯(cuò)估等問(wèn)題。
[0011]為達(dá)成前述目的所采取的主要技術(shù)手段是令前述電池健康狀態(tài)檢知方法包含有:
[0012]提供一已知的電池健康狀態(tài)曲線；
[0013]執(zhí)行一電壓檢測(cè)程序，用以檢知并記錄電池在電壓檢測(cè)程序中所設(shè)定的多個(gè)測(cè)試點(diǎn)的電壓值；
[0014]計(jì)算該等測(cè)試點(diǎn)之間的電壓差以及相對(duì)電池原始電壓壓差的比值，并以該比值對(duì)照前述的電池健康狀態(tài)曲線，以取得電池的健康狀態(tài)值。[0015]為達(dá)成前述目的所采取的主要技術(shù)手段是令前述電池健康狀態(tài)檢知裝置包含有:
[0016]一檢測(cè)模塊，其用以連接電池，并在充電或放電步驟中設(shè)有多個(gè)測(cè)試點(diǎn)，以分別取得電池在各測(cè)試點(diǎn)的電壓值，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；
[0017]一運(yùn)算控制模塊，其與檢測(cè)模塊電連接，取得各測(cè)試點(diǎn)的電壓值以及相對(duì)電池原始電壓壓差以計(jì)算比值，并以該比值與對(duì)應(yīng)該電池的一電池健康狀態(tài)曲線進(jìn)行比對(duì)，以取得該電池的健康狀態(tài)值；
[0018]一輸出模塊，其與運(yùn)算控制模塊電連接，以輸出運(yùn)算控制模塊所取得的電池健康狀態(tài)值。
[0019]利用前述元件組成的電池健康狀態(tài)檢知裝置，由運(yùn)算控制模塊取得對(duì)應(yīng)該電池的電池健康狀態(tài)曲線，且令檢測(cè)模塊控制與其連接的電池進(jìn)行充電或放電，以分別在選定的測(cè)試點(diǎn)取得電池的電壓值，運(yùn)算控制模塊經(jīng)計(jì)算電壓值與電壓壓差可得到比值，該比值經(jīng)對(duì)照電池健康狀態(tài)曲線，即可得到該電池的健康狀態(tài)值，并由輸出模塊輸出該電池的健康狀態(tài)，藉此，運(yùn)算控制模塊僅需經(jīng)計(jì)算測(cè)試點(diǎn)對(duì)應(yīng)的比值并對(duì)照已知的電池健康狀態(tài)曲線，可快速檢測(cè)電池的健康狀態(tài)以及判斷電池的有效容量與壽命長(zhǎng)短，解決現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法快速判斷電池的健康狀態(tài)的缺點(diǎn)，以及電池電容量錯(cuò)估與維修成本浪費(fèi)的問(wèn)題。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定。在附圖中:
[0021]圖1為本發(fā)明第一較佳實(shí)施例的充放電測(cè)試曲線圖。
`[0022]圖2為本發(fā)明第一較佳實(shí)施例的電池容量估計(jì)曲線圖。
[0023]圖3為本發(fā)明第一較佳實(shí)施例的正規(guī)化電壓差曲線與連續(xù)循環(huán)充放電的關(guān)系圖。
[0024]圖4為本發(fā)明第一較佳實(shí)施例的電池健康狀態(tài)曲線圖。
[0025]圖5為本發(fā)明第一較佳實(shí)施例的電池放電曲線圖。
[0026]圖6為本發(fā)明第一較佳實(shí)施例的電池健康狀態(tài)檢知裝置的電路方塊圖。
[0027]圖7為本發(fā)明第一較佳實(shí)施例的電池健康狀態(tài)檢知裝置的流程圖。
[0028]圖8為本發(fā)明第二較佳實(shí)施例的電池充電曲線圖。
[0029]圖9為本發(fā)明第三較佳實(shí)施例的電池放電初始斜率的曲線圖。
[0030]圖10為本發(fā)明第三較佳實(shí)施例的電池充電初始斜率的曲線圖。
[0031]附圖標(biāo)號(hào):
[0032]IO檢測(cè)模塊11量測(cè)單元
[0033]12充/放電控制單元 13濾波控制單元
[0034]14數(shù)據(jù)量測(cè)單元
[0035]20記錄模塊
[0036]30輸入模塊31掃描單元
[0037]32數(shù)據(jù)輸入單元
[0038]40運(yùn)算控制模塊
[0039]50輸出模塊 51數(shù)據(jù)傳輸單元[0040]52顯示單元【具體實(shí)施方式】
[0041]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。在此，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，但并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
[0042]關(guān)于本發(fā)明的第一較佳實(shí)施例，主要是預(yù)先對(duì)一電池進(jìn)行多次且完整的充/放電測(cè)試(Life Cycle Test，其充放電的特性曲線如圖1所示)，以對(duì)該電池進(jìn)行電池容量估測(cè)，在本較佳實(shí)施例中，該電池是一種鋰鐵電池，其全充/放電測(cè)試的電壓是介于3.6V至2.6V之間，如此進(jìn)行固定充/放電速率(C-rate)的連續(xù)且重復(fù)循環(huán)的充放電測(cè)試，可得到如圖2所示的電容量與電池充放電次數(shù)的關(guān)系圖。
[0043]如圖2所示該電池的原始電容量約為9Ah,在經(jīng)過(guò)連續(xù)循環(huán)的反復(fù)充放電50次后，電池的電容量會(huì)降低至約為7.8Ah，僅約為原始電容量的87%。因此可知該電池經(jīng)多次完整的充/放電測(cè)試后，其電容量已有13%的退化，通過(guò)上述測(cè)試可輕易取得該電池的電容量衰退與使用次數(shù)的一關(guān)系曲線(適配曲線)。
[0044]而在上述對(duì)電池的充/放電測(cè)試過(guò)程中，導(dǎo)入電壓檢測(cè)程序，以建立正規(guī)化的電壓差比值與連續(xù)循環(huán)充放電次數(shù)的關(guān)系，其結(jié)果會(huì)如圖3所示的電池容量估測(cè)曲線，此外，此正規(guī)化的電壓差比值以不同充/放電率(0.4C、0.6C、0.8C與1.0C)進(jìn)行測(cè)試與比較后，不同放電率所得的曲線雖高低略有不同，不過(guò)電池退化的整體趨勢(shì)是相同的。
[0045]通過(guò)整合上述的充/放電測(cè)試的數(shù)據(jù)，經(jīng)運(yùn)算后可得如圖4所示的電池健康狀態(tài)(State-of-Health, S0H)曲線，此電池健康狀態(tài)曲線即可做為該類電池的健康狀態(tài)的檢測(cè)與判斷依據(jù)，又不同種類的電池或由不同材料組成的電池，其所得到的電池健康狀態(tài)曲線則略有不同。
[0046]如圖5所示，為本較佳實(shí)施例中有關(guān)檢知電池健康狀態(tài)的電壓檢測(cè)程序的其中一種測(cè)試方式，該測(cè)試方式是通過(guò)控制電池放電電流與時(shí)間的方式，以得到電池的放電曲線，當(dāng)電池放電到達(dá)所設(shè)的放電時(shí)間(T1)時(shí)，即停止放電并取得電池停止放電時(shí)的測(cè)試點(diǎn)的電壓值(V1),待電池經(jīng)過(guò)一段時(shí)間(T2)取得其回升至穩(wěn)態(tài)電壓的測(cè)試點(diǎn)的電壓值(V2)，該電池回升至穩(wěn)態(tài)的測(cè)試點(diǎn)的電壓值(V2)減去電池停止放電時(shí)的測(cè)試點(diǎn)的電壓值(V1 )，再與電池的原始電壓壓差(AVmigin)進(jìn)行比較而可得到一比值(VR:Voltage-Difference Ratio),其中該原始電壓壓差(AVtffigin)為電池尚未退化時(shí)，對(duì)電池進(jìn)行上述測(cè)試所得的數(shù)值，而該比值(VR)為:
[0047]，
【權(quán)利要求】
1.一種電池健康狀態(tài)檢知方法,其特征在于,包括: 提供一已知的電池健康狀態(tài)曲線； 執(zhí)行一電壓檢測(cè)程序，用以檢知并記錄電池在電壓檢測(cè)程序中所設(shè)定的多個(gè)測(cè)試點(diǎn)的電壓值； 計(jì)算所述測(cè)試點(diǎn)之間的電壓差以及相對(duì)電池原始電壓壓壓差的比值，并以所述比值對(duì)照所述的電池健康狀態(tài)曲線，以取得電池的健康狀態(tài)值。
2.如權(quán)利要求1所述的電池健康狀態(tài)檢知方法，其特征在于，所述電壓檢測(cè)程序?yàn)榉烹姕y(cè)試，所述測(cè)試點(diǎn)分別為一電池停止放電的測(cè)試點(diǎn)以及一回升至穩(wěn)態(tài)電壓的測(cè)試點(diǎn)，其電壓分別為電池停止放電的電壓值以及回升至穩(wěn)態(tài)的電壓值，所述穩(wěn)態(tài)電壓值減去停止放電的電壓值即得到一電壓差，所述電壓差除以電池原始電壓壓差以得所述的比值。
3.如權(quán)利要求1所述的電池健康狀態(tài)檢知方法，其特征在于，所述電壓檢測(cè)程序?yàn)槌潆姕y(cè)試，所述測(cè)試點(diǎn)分別為一電池停止充電的測(cè)試點(diǎn)以及一回降至穩(wěn)態(tài)電壓的測(cè)試點(diǎn)，其電壓分別為電池停止充電的電壓值以及回降至穩(wěn)態(tài)的電壓值，所述停止充電的電壓值減去穩(wěn)態(tài)電壓值即得到一電壓差，所述電壓差除以電池原始電壓壓差以得所述的比值。
4.如權(quán)利要求1所述的電池健康狀態(tài)檢知方法，其特征在于，所述電壓檢測(cè)程序?yàn)榉烹姕y(cè)試，取得其放電曲線上初始測(cè)試點(diǎn)的斜率，經(jīng)計(jì)算且對(duì)照不同斜率數(shù)值組成的放電的電池健康狀態(tài)曲線，以得到電池的健康狀態(tài)。
5.如權(quán)利要求1所述的電池健康狀態(tài)檢知方法，其特征在于，所述電壓檢測(cè)程序?yàn)槌潆姕y(cè)試，取得其充電曲線上初始測(cè)試點(diǎn)的斜率，經(jīng)計(jì)算且對(duì)照不同斜率數(shù)值組成的充電的電池健康狀態(tài)曲線，以得到電池的健康狀態(tài)。
6.一種電池健康狀態(tài)檢知裝置，其特征在于，包括: 一檢測(cè)模塊，其用以連接電池，并在充電或放電步驟設(shè)有多個(gè)測(cè)試點(diǎn)，以分別取得電池在各測(cè)試點(diǎn)的電壓值，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)； 一運(yùn)算控制模塊，其與所述檢測(cè)模塊電連接，取得各測(cè)試點(diǎn)的電壓值以及相對(duì)電池原始電壓壓差以計(jì)算比值，并以所述比值與對(duì)應(yīng)所述電池的一電池健康狀態(tài)曲線進(jìn)行比對(duì)，以取得所述電池的健康狀態(tài)值； 一輸出模塊，其與所述運(yùn)算控制模塊電連接，以輸出所述運(yùn)算控制模塊所取得的電池健康狀態(tài)值。
7.如權(quán)利要求6所述的電池健康狀態(tài)檢知裝置，其特征在于，所述運(yùn)算控制模塊連接有一記錄模塊與一輸入模塊，所述記錄模塊用以記錄所述檢測(cè)模塊傳送至所述運(yùn)算控制模塊的數(shù)字信號(hào)，以及紀(jì)錄所述輸入模塊或所述運(yùn)算控制模塊的數(shù)據(jù)；所述輸入模塊用以輸入所述電池的種類或型號(hào)以及對(duì)應(yīng)所述電池的健康狀態(tài)曲線。
8.如權(quán)利要求7所述的電池健康狀態(tài)檢知裝置，其特征在于，所述輸入模塊包含有一掃描單元或一數(shù)據(jù)輸入單元。
9.如權(quán)利要求6至8中任一項(xiàng)所述的電池健康狀態(tài)檢知裝置，其特征在于，所述檢測(cè)模塊包含有一量測(cè)單元與一充/放電控制單元，充/放電控制單元是與所述量測(cè)單元電連接，所述量測(cè)單元是與電池連接。
10.如權(quán)利要求9所述的電池健康狀態(tài)檢知裝置，其特征在于，所述檢測(cè)模塊包含有一濾波控制單元與一數(shù)據(jù)量測(cè)單元，所述濾波控制單元是分別與所述充/放電控制單元以及所述數(shù)據(jù)量測(cè)單元電連接， 并由所述數(shù)據(jù)量測(cè)單元與所述運(yùn)算控制模塊電連接。
【文檔編號(hào)】G01R31/36GK103675692SQ201210362696
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2012年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月26日
【發(fā)明者】胡聰賢, 邱奕超 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人車輛研究測(cè)試中心