CN102818996B - 电池结构及其电量测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭露一种电池结构及其电量测量方法，适用于一电池结构，其包括由串联的一三元素电池与至少一锂铁电池。此电池结构的电量测量方法先测量三元素电池的电量，以依据三元素电池的电量取得电池结构的目前电量。

Description

电池结构及其电量测量方法

技术领域

本发明涉及一种电池结构及电量测量方法，更具体地说涉及一种结合三元素电池的电池结构及藉由量测三元素电池电量以取得整体电池结构电量的电量测量方法

背景技术

电池发展主要以锂离子电池为发展主力，锂离子电池无论是在能量密度、能量效率、循环寿命、充电时间与安全性皆是首选。为发挥电池最大效能与延长电池使用寿命，故须设一电池管理系统进行侦测，电池管理系统最主要的目的是取得电池状态信息、性能调校与电池外部保护，其中与使用者最相关的为电池剩余电量的估测。电池剩余电量称之为残电量(StateOf Charge,SOC)，电动车中的电池相当于汽油车的油箱，则残电量就相当于油量，故对于顾客评估剩余电量尤其重要。熟知的残电量估测方法有：

(1)车辆行进时，采用电流量测积分-使用库伦计量测电流进行积分求出累积耗电量。(2)车辆静止时，或是单独测量电池结构时，采用开路电压法(Open circuitvoltage,OCV)-量测电压源通过开路电压曲线进行分析。

但上述的开路电压法应用于锂铁电池时，将有下列的问题所在：(1)锂铁电池的开路电压曲线较为平缓，若直接量测电压值则可能造成判读错误。(2)锂铁电池经过充放电截止电压后，其电压会继续漂动，故无法直接量测电池端电压作为残电量的判断。

因此，如何提供一个较为准确的电池电量的测量模式，为厂商应考虑的问题。

发明内容

本发明欲解决的问题提供一种结合三元素电池的电池结构及其电量测量方法。

为解决上述结构问题，本发明揭露一种电池结构，其包括至少一锂铁电池，其特征在于，电池结构包括一三元素电池，三元素电池与上述锂铁电池形成串联，其中，该三元素电池的电量比例因与该至少一锂铁电池的电量比例相等或相近，及该三元素电池包含的化学成份选自由镍、钴、锰以及锂所组成的群组。

为解决上述方法问题，本发明揭露一种电量测量方法，应用于量测一电池结构的电量，电池结构包括串联的三元素电池及至少一锂铁电池，其特征在于，方法包括：测量三元素电池的电量；以及依据三元素电池的电量取得电池结构的目前电量，其中，该三元素电池的电量比例因与该至少一锂铁电池的电量比例相等或相近，及该三元素电池包含的化学成份选自由镍、钴、锰以及锂所组成的群组。

本发明的特点在于本发明的电池结构包括串联的三元素电池与锂铁电池，其中，三元素电池的开路电压曲线斜度较大，曲线变化比锂铁电池更为明确，因此不论充电、放电皆能作为电量变化的判断依据。其次，三元素电池经过充放电截止电压后，其电压并不会过度漂动，因此能直接作为残电量的判断。

附图说明

图1A、图1B、图1C、图1D及图1E绘示本发明实施例的电池结构的电池配置示意图；

图2绘示本发明实施例的另一电池结构示意图；

图3绘示本发明实施例的电量测量方法流程图；

图4绘示本发明实施例的电池替换方法流程图；

图5绘示本发明三元素电池及锂铁电池的开路电压曲线示意图；

图6绘示本发明三元素电池及锂铁电池的放电曲线示意图；以及

图7绘示本发明整体电池结构及锂铁电池的放电曲线示意图。

【主要组件符号说明】

10a,10b,10c,10d,10e  电池结构

11                   三元素电池

12                   铁电池

13                   电量测量单元

14                   显示单元

15                   充电单元

T1                   第一时段

T2                   第二时段

T3                   第三时段

T4                   第四时段

步骤S110-120

步骤S210-230

具体实施方式

配合图式将本发明较佳实施例详细说明如下。

首先请参照图1A、图1B、图1C、图1D及图1E绘示本发明实施例的电池结构10的电池配置示意图。

电池结构包括一个三元素电池11及一个以上的锂铁电池12，从图1A至图1E得知，不论锂铁电池12的数量多寡，三元素电池11与所有锂铁电池12形成串联形式，而且三元素电池11的配置顺序并未有所限定。

如电池结构10a与电池结构10b各具有一个三元素电池11及一个锂铁电池12，两者的顺序并不作限定，可先配置三元素电池，后串接锂铁电池12，或是先配置锂铁电池12后串接三元素电池11。

又如电池结构10c、电池结构10d与电池结构10e各具有一个三元素电池11及二个以上的锂铁电池12，三元素电池11与锂铁电池12为串接。三元素电池11串接于所有锂铁电池12的前端、任二个锂铁电池之间或是所有锂铁电池的后端。

其中，三元素电池11的电量比例及各锂铁电池12的电量比例需为相等、或是十分近似，以避免各电池的电量比例相差过大，导致部分电池的供电负担过大，从而缩短电池寿命，或是造成电池损坏的情形。其次，三元素电池11包含的化学成份选自由镍、钴、锰以及锂所组成的群组，更进一步者，可为镍、钴、锰以及锂的化合物，例如钴酸锂(LiCoO₂)、锰酸锂(LiMn₂O₄)或磷酸铁锂(LiFePO₄)。

请参阅图2绘示本发明实施例的另一电池结构10a示意图。此电池结构10a还包括一电量测量单元13、一显示单元14与一充电单元15。此实施例得以施行于图1A至图1E中任一种电池排列的电池结构10a，以下各实施例暂以电池结构10a说明，但不以此为限。

电量测量单元13电性连接三元素电池11，用以测量三元素电池11的电量。其中，三元素电池11的电量比例因与其它锂铁电池12的电量比例相等或相近，且亦与整个电池结构10a的总电量比例相等或相近，故使用者可将三元素电池11的电量比例视为电池结构10a的总电量比例。

显示单元14电性连接至电量测量单元13，用以显示三元素电池11的电量。其中，显示单元14可为一般显示器、液晶显示器、二极管结构式显示器或是其它可用以呈现电量信息的显示组件。

充电单元15电性连接至整个电池结构10a的电极，用以对串联的三元素电池11及锂铁电池12进行充电。充电单元15及其相关技术为本发明技术领域者，具通常知识者所熟知，在此即不赘述。

请参阅图3绘示本发明实施例的电量测量方法流程图，请同时参阅图2以利于了解。此方法应用于量测一电池结构10a的电量，电池结构10a包括一三元素电池11及一个以上的锂铁电池12，此等电池皆为串联形式。此方法说明如下：

测量三元素电池11的电量(步骤S110)。如前述，电量测量单元13电性连接三元素电池11，藉以测量三元素电池11的电量。

依据三元素电池11的电量取得电池结构10a的一目前电量(步骤S120)。如前述，三元素电池11的电量比例因与其它锂铁电池12、亦或整个电池结构10a的电量比例相等或相近，故可将三元素电池11的电量比例视为电池结构10a的总电量比例。

请参阅图4绘示本发明实施例的电池替换方法流程图，请同时参阅图2以利于了解。此方法说明如下：

判断是否存在一损坏电池(步骤S210)。利用相关的侦测工具以对电池结构10a中的各电池进行检查，侦测工具会依据电池的反应以判断整个电池结构10a中，三元素电池11或是任一锂铁电池12是否损坏。

当有损坏电池存在时，需先对一替换电池进行充电或放电行为，以使得替换电池的电量比例等同于电池结构10a中未损坏电池的电量比例(步骤S220)。

之后，再将替换电池取代损坏电池(步骤S230)，避免各电池的电量比例相差过大，导致部分电池的供电负担过大，从而缩短电池寿命，或是造成电池损坏的情形。

请参阅图5绘示本发明三元素电池及锂铁电池的开路电压曲线示意图，请同时参阅图2以利于了解。其中，第一时段T1为电池放电时段，第二时段T2为放电截止时段，第三时段T3为电池充电时段，第四时段T4为充电截止时段。

第一时段T1期间，锂铁电池12放电时，其初始放电的开路电压曲线变化相当的缓慢，然而，到达电量即将耗尽时，开路电压曲线斜度变化增大而急遽下降。就电量测量作业而言，很难取得很正确的电池残电量的变化。

三元素电池11放电时，不但开路电压曲线斜度较大且明显，自始自终皆未有开路电压曲线斜度大幅度变化的情形发生，而且电压下降的比例相当的稳定，就电量测量作业而言，很容易取得很正确的电池残电量的变化。

第二时段T2期间，锂铁电池12的放电截止电压会过度漂动，更甚者，会反向提升至放电前的常态电压数值。就电量测量作业而言，很难判断此锂铁电池12为电量耗尽或是具足够电池电量的状态。

然而，三元素电池11的放电截止电压并不会漂动，而是持续保持在放电后的电压值状态。就电池电量测量作业而言，很容易判断此三元素电池11为电池电量耗尽或是具足够电池电量的状态。

第三时段T3期间，锂铁电池12充电时，其初始充电的开路电压曲线变化相当的缓慢，然而，到达电池电量即将到达临界值时，开路电压曲线斜度变化增大而急遽上升。就电池电量测量作业而言，很难取得很正确的电池残电量变化。

三元素电池11充电时，不但开路电压曲线斜度较大且明显，自始自终皆未有开路电压曲线斜度大幅度变化的情形发生，而且电压上升的比例相当的稳定，就电量测量作业而言，很容易取得很正确的电池残电量。

第四时段T4期间，锂铁电池12的充电截止电压会过度漂动，更甚者，会反向下降至充电前的常态电压数值。就电池电量测量作业而言，很难判断此锂铁电池12的电池残电量。

然而，三元素电池11的充电截止电压并不会漂动，而是持续保持在充电后的电压值状态。就电量测量作业而言，很容易判断此三元素电池11的电池残电量。

请参阅图6绘示本发明三元素电池及锂铁电池的放电曲线示意图，请同时参阅图2以利于了解。

就锂铁电池12而言，其放电的开路电压曲线变化相当的缓慢。但锂铁电池12停止放电时，放电截止电压会漂动，且电压值会逐渐回升，相当不利于对电池残电量的测量作业。

三元素电池11放电时，不但开路电压曲线斜度较大且明显，电压下降的比例相当的稳定。而且，三元素电池11的放电截止电压并不会漂动，而是持续保持在放电后的电压值状态。

请参阅图7绘示本发明整体电池结构及锂铁电池的放电曲线示意图，请同时参阅图2以利于了解。

当整体电池残电量(State of Charge,SOC)逐渐下降时，锂铁电池12与整体电池结构10a的放电的开路电压曲线会持续下降，但变化皆相当的缓慢。而且，锂铁电池12与整体电池结构10a停止放电时，放电截止电压皆会漂动，且电压值会逐渐回升，相当不利于对电池残电量的测量作业。

因此，就图5、图6及图7得知，三元素电池11不论充电或放电，开路电压曲线斜度皆较大且明显，自始自终皆未有开路电压曲线斜度大幅度变化的情形发生，而且电压上升、下降的比例皆相当稳定。而且充电、放电停止期间，并不会有电压漂动的情形发生。就电量测量作业而言，很容易取得很正确的电量变化。因此，三元素电池11可用以精确辅助测量锂铁电池12、亦或是整体电池结构10a的残电量。

综上所述，仅记载本发明为呈现解决问题所采用的技术手段的实施方式或实施例而已，并非用来限定本发明专利实施的范围。即凡与本发明权利要求文义相符，或依本发明权利要求所做的均等变化与修改，皆为本发明权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种电量测量方法，应用于量测电池结构的电量，该电池结构包括串联的三元素电池及至少一锂铁电池，其特征在于，该方法包括：

测量该三元素电池的电量；以及

依据该三元素电池的电量取得该电池结构的目前电量，

其中，该三元素电池的电量比例因与该至少一锂铁电池的电量比例相等或相近，及

该三元素电池包含的化学成份选自由镍、钴、锰以及锂所组成的群组。

2.一种电池结构，包括至少一锂铁电池，其特征在于，该电池结构包括三元素电池，该三元素电池与该至少一锂铁电池形成串联，其中，该三元素电池的电量比例因与该至少一锂铁电池的电量比例相等或相近，及该三元素电池包含的化学成份选自由镍、钴、锰以及锂所组成的群组。

3.如权利要求2所述的电池结构，其特征在于，该电池结构还包括电量测量单元，该电量测量单元连接该三元素电池，用以测量该三元素电池的电量。

4.如权利要求2所述的电池结构，其特征在于，该电池结构还包括显示单元，该显示单元连接该电量测量单元，用以显示该三元素电池的电量。

5.如权利要求2所述的电池结构，其特征在于，该电池结构还包括充电单元，用以对串联的该三元素电池及该锂铁电池进行充电。

6.如权利要求2所述的电池结构，其特征在于，该电池结构包括损坏电池时，一替换电池替换该损坏电池，其中该替换电池的电量比例等同于该电池结构的未损坏电池的电量比例。