CN103091641A

CN103091641A - 放电曲线的校正系统与电池的放电曲线的校正方法

Info

Publication number: CN103091641A
Application number: CN2013100201294A
Authority: CN
Inventors: 颜圣贤
Original assignee: Via Technologies Inc
Current assignee: Wei Feng electronic Limited by Share Ltd
Priority date: 2012-01-20
Filing date: 2013-01-18
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2033-01-18
Also published as: TW201332189A; CN103091641B; TWI478418B; US9110143B2; US20130187657A1

Abstract

一种放电曲线的校正系统与电池的放电曲线的校正方法。该方法包括：取得一电池的一初始放电曲线；于一第一时间点以及一第二时间点分别测量该电池的一第一开路电压以及一第二开路电压；取得该初始放电曲线中分别对应于该第一开路电压以及该第二开路电压的一第一放电量以及一第二放电量；根据该第一放电量与该第二放电量计算一理想放电量；测量该电池于该第一时间点与该第二时间点之间的一实际放电量；根据该理想放电量与该实际放电量的一总放电量差值校正该初始放电曲线以得到该电池的一目前放电曲线。

Description

放电曲线的校正系统与电池的放电曲线的校正方法

技术领域

本发明为一种电池的电量估计方法以及放电曲线的校正系统，特别是可针对电池老化进行校正的电量估计方法以及校正系统。

背景技术

由于科技的进步，电子产品也趋向于轻、薄、短、小的特性发展。而在许多电子产品中，经常会利用电池来提供该电子产品所需的电能，尤其是在移动式电子产品(如手机或是电动车)中，更是只能依赖电池来供应电力。

一般的电子产品利用一电量估测方法，估测电池的电力，并将结果显示在电子产品的屏幕上，好让使用者能即时得知电池容量。电池是化学能的产品，其会随着使用状况(例如充放电次数)而老化，如果是电量估测方法并无考虑到电池老化的话，则可能发生不准确的情况。

发明内容

本发明的一实施例提供一种电池的放电曲线的校正方法。该方法包括取得一电池的一初始放电曲线；于一第一时间点以及一第二时间点分别测量该电池的一第一开路电压以及一第二开路电压；取得该初始放电曲线中分别对应于该第一开路电压以及该第二开路电压放电量的一第一放电量以及一第二放电量；根据该第一放电量与该第二放电量计算一理想放电量；测量该电池于该第一时间点与该第二时间点间的一实际放电量；以及根据该理想放电量与该实际放电量的一总放电量差值校正量校正该初始放电曲线以得到该电池的一目前放电曲线。

本发明的另一实施例提供一种放电曲线的校正系统，用以校正一电池的一初始电容放电曲线，该校正系统包括一放电测量量单元以及一控制器。该放电测量量单元，耦接该电池，用以测量该电池的放电量。该控制器根据该初始电容放电曲线、该电池于一第一时间点的一第一开路电压以及在一第二时间点的一第二开路电压计算一理想放电量，以及控制该放电测量量单元测量于该第一时间点与该第二时间点间的一实际放电量。该控制器根据该理想放电量与该实际放电量的一总放电量差值校正该初始放电曲线以得到该电池的一目前放电曲线。

本发明根据电池目前状态来校正初始电池放电曲线，以得到符合电池现状的目前放电曲线，从而不会因电池老化而不能准确估计电池容量。并且让使用该电池的电子装置通过目前放电曲线更正确地得到电池目前的容量以进行后续的控制。

附图说明

图1为一电池放电曲线示意图。

图2为电池在老化状态与初始状态的一电池容量差以及一近似曲线示意图。

图3为根据本发明的一放电曲线的校正系统的一实施例的示意图。

图4为一电池放电曲线的校正方法的一实施例的流程图。

【主要元件符号说明】

31～控制器

32～电池

33～放电测量量单元

34～初始电容放电曲线

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的一优选实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附加附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

图1为一电池放电曲线示意图。图1的纵轴是电池的开路电压（opencircuit voltage，OCV），而横轴是电池的放电容量。电池在经过反复放电后，电池会因为老化使得电池在相同的开路电压下，电池的放电容量会降低。因此会造成电池的初始放电容量曲线11与目前放电容量曲线12有误差。电池的初始放电容量曲线11可能由电池制造商所提供，或是当电子装置初次使用该电池时所求得。而目前放电容量曲线12则为电池经过一段时间使用(例如经多次充放电)之后开路电压相对于真实放电容量的曲线。要注意的是，前述的开路电压指的是电池放电后静置一段时间的端点电压。在实施应用上，通常需要利用充放电器（recharge and discharge machine）来测量开路电压和放电容量。由于开路电压须电池放电后静置一段时间才能测量，因此使用者在实际应用上不易逐点测量电池的开路电压。

在图1中，初始放电容量曲线11具有多个取样点，每个取样点分别对应一放电量以及一开路电压，且除了第一个放电间隔与最后一个放电间隔之外，任两取样点之间的一放电间隔为一定值。在一实施例中，以此定值为0.3333Ah为例，即是说，将电池充饱，并开始放电，并在每放电0.3333Ah时记录一取样点。当电池放电到放电截止电压时，有可能最后的放电量会不到0.3333Ah。相反地，如果电池完全放电，再开始充电，每充电0.3333Ah记录一取样点以得到电池的一充电容量曲线。当电池充电到充电截止电压时，有可能最后的充电量会不到0.3333Ah。因此第一个放电间隔与最后一个放电间隔可与其余放电间隔具有不同的电量。

电池的初始放电容量曲线11上的每两点之间的放电容量都是固定的。当电池放电一固定量的电荷时，该电池的开路电压被测量且记录。因此，在另一种实施方式中，电池的初始放电容量曲线11可以被以电池容量与电池开路电压的对照表的形式表示。同样地，电池的目前放电容量曲线12也是针对电池每放电一固定量的电荷后，测量该电池的开路电压所得到。在一实施例中，一库仑计量器（coulomb counter）被用来测量电池的放电量，且一电压测量电路被用来测量电池的开路电压。

如图1所示，随着开路电压的降低，电池的初始放电容量曲线11以及目前放电容量曲线12差异逐渐增大。也就是说，理想放电容量与实际放电容量的差异是逐渐增加。因此本发明提出一个电池的放电曲线的校正方法，可根据电池在两个开路电压间理想放电量与实际放电量的放电量差值来校正初始放电容量曲线11，以得到目前放电容量曲线12。使用该电池的电子装置便可以通过电池老化曲线更正确地得到电池目前的容量以进行后续的控制。

请一并参考图1与图2。图2为电池在老化状态(即经过多次充放电后的状态)与初始状态(即电池出厂时的状态)的一电池容量差以及一近似曲线示意图。图2中的电池容量差曲线21是根据图1的初始放电容量曲线11与目前放电容量曲线12所得到。电池容量差曲线21的纵轴为相同的开路电压下，初始放电容量曲线11与目前放电容量曲线12的放电量差值。电池容量差曲线21的横轴为初始放电容量曲线11的电池放电容量除以电池的初始总容量--残电容量值(state of charge，SOC)。而近似曲线22则是根据图1的取样点13a、13b、14a以及14b所得到。

取样点13a表示在一第一开路电压时，对应该初始放电容量曲线11，该电池的一第一放电容量。

取样点14a表示在一第二开路电压时，对应该初始放电容量曲线11，该电池的一第二放电容量。

取样点13b表示在该第一开路电压时，该电池实际放电的一第三放电容量。

取样点14b表示在该第二开路电压时，该电池实际放电的一第四放电容量。

在图2中，第一取样点23的纵轴和横轴分别表示图1中取样点13a与13b的放电容量差值以及对应的残电容量值。第二取样点24的纵轴和横轴分别表示图1中测量点14a与14b的放电容量差值以及对应的残电容量值。根据第一取样点23与第二取样点24便可得到近似曲线22。

如前所述，本发明可根据电池在两个开路电压间理想放电量与实际放电量的总放电量差值来校正初始放电容量曲线11，以得到目前放电容量曲线12。

本段落说明如何得知上述理想放电量。以图1为例，当电池静置一段时间后，在一第一时间点测量电池的开路电压为3.3164V。对应到初始放电容量曲线11可得知此时放电容量应为2.0204(Ah)，也就如图1中取样点13a所示。当电池被使用一段时间或持续放电一段时间后，在一第二时间点测量电池的开路电压为3.1571V，对应到初始放电容量曲线11可得知此时放电容量应为9.4386(Ah)，如图1中测量点14a所示。也就是说，可由初始放电容量曲线11中得知第一时间点与第二时间点之间的理想放电量为9.4386-2.0204=7.4182(Ah)。

以下接着说明如何得知上述实际放电量。可通过一放电测量量单元(例如为库仑计量器)测量此电池于第一时间点与第二时间点间的实际放电量。目前实际的放电容量，如图1中取样点13b所示。对应取样点13b的第三放电容量的一种求得方式可通过下列方式得到：

首先将电池充饱电后，同时将库仑计量器归零。接着由该库仑计量器测量电池的放电量，并且于第一时间点由一控制器读取该库仑计量器以得到该第三放电容量。

当电池被使用一段时间或持续放电一段时间后，在一第二时间点测量电池的开路电压为3.1571V，对应到初始放电容量曲线11可得知此时放电容量应为9.4386(Ah)，也就如图1中取样点14a所示。此时可以通过库仑计量器测量电池目前实际的放电容量，如图1中测量点14b所示。

根据初始放电容量曲线11可得到测量点13a与14a的一理想放电量为7.4182(Ah)。而通过库仑计量器可得知测量点13b与14b的一实际放电量为6.8476(Ah)。由于本发明是根据理想放电量与实际放电量的总放电量差值来校正初始放电容量曲线11。库仑计量器只需要得知电池实际的放电量，因此在另一实施例中，可在第一时间点时将库仑计量器归零，接着在第二时间点由控制器读取该库仑计量器以得到该实际放电量差值即可。

根据该理想放电量与该实际放电量可得到图2所示的第一取样测量点23与第二取样测量点24之间一总放电量差值为0.5705(Ah)。

在图1中，初始放电容量曲线11上的每两个相邻取样点之间的放电容量差值为0.3333(Ah)。换句话说，每一个放电间隔对应的放电容量差值为0.3333(Ah)。根据初始放电容量曲线11，取样点13a与取样点14a的理想放电量为7.4182(Ah)，因此由取样点13a与取样点14a的放电间隔的数量可由下列式子所得：

7.4182/0.3333=22.2545

将总放电量差值平均修正到这些放电间隔，平均每个放电间隔所得到的一平均放电量差值可由下列式子所得：

0.5705/22.2545=0.0256(Ah)

接着，将初始放电容量曲线11转换对应每个取样点的放电容量值，便可得到下列每个放电间隔的放电容量：

0.3111 0.6444 0.9777 1.3110 1.6443

1.9776 2.3109 2.6442 2.9775 3.3108

3.6441 3.9774 4.3107 4.6440 4.9773

5.3106 5.6439 5.9772 6.3105 6.6438

6.9771 7.3104 7.6437 7.9770 8.3103

8.6436 8.9769 9.3102 9.6435 9.9768

10.310 10.505

每两个相临取样点相减可得到每个放电间隔的放电容量差值如下（基准点的放电容量为0）：

0.3111 0.3333 0.3333 0.3333 0.3333

0.3333 0.3333 0.3333 0.3333 0.3333

0.3333 0.1953

将前述每个放电间隔的放电容量差值0.3333(Ah)扣除平均放电量差值0.0256(Ah)可得到新的放电容量差值为0.3077。而第一个放电间隔的放电容量差值由下列式子可得：

（0.3111/0.3333）×0.3077=0.2872

最后一个放电间阁的放电容量差值由下列式子可得：

（0.1953/0.3333）×0.3077=0.1802

校正后每个放电间隔的放电容量差值如下（基准点的放电容量为0）：

0.2872 0.3077 0.3077 0.3077 0.3077

0.3077 0.3077 0.3077 0.3077 0.3077

0.3077 0.1802

根据上述的放电间隔的放电容量差值还原对应初始放电容量曲线11每一点的放电容量值，列示如下：

0.2872 0.5949 0.9025 1.2102 1.5178

1.8255 2.1332 2.4408 2.7485 3.0561

3.3638 3.6714 3.9791 4.2867 4.2867

4.5944 4.9020 5.2097 5.5174 5.8250

6.1327 6.4403 6.7480 7.0556 7.3633

7.6409 7.9786 5.2862 8.5939 8.9016

9.5169 9.6971

根据上述的放电容量值以及对应的开路电压，便可描绘出电池的目前放电曲线12。通过电池的目前放电曲线12，电子装置内的控制器便可更精确地估计目前电池的残电容量，并根据该残电容量对电子装置进行对应的控制。

虽然图1与图2是以电池放电的情况说明，但根据本发明前述的精神，也可将本发明提出的方法应用在电池充电的情形，以得到更接近电池目前状态的充电曲线。

通过修正后的电池目前放电曲线，使用电池的电子装置可以更正确地估计电池的残电容量，并根据电池的残电容量做适应性的控制。

值得一提的是，在现有技术中，存储目前放电曲线12时通常需要将每个取样点以及各取样点对应的开路电压全部存储于存储器中。但本发明采用了与现有技术不同的存储方法。在前述实施例中，主要在于校正初始放电容量曲线11的放电间隔，以得到目前放电曲线12。目前放电曲线12与初始放电容量曲线11中对应取样点的开路电压均相同。且除了第一个与最后一个放电间隔之外，中间放电间隔的放电容量差值也相同。因此本发明存储校正后的目前放电曲线12时，仅需要存储各取样点对应的开路电压、中间放电间隔的放电容量差值、第一个间隔与中间放电间隔的比例以及最后一个放电间隔与中间放电间隔的比例。以图1为例，存储目前放电曲线12仅需要32个存储器容量存储开路电压，1个存储器容量存储初始放电容量曲线11的中间放电间隔的放电容量差值，以及2个存储器容量存储第一个与最后一个放电间隔与中间放电间隔的比例。也就是说仅需要35个存储器容量即可存储目前放电曲线12的完整信息。相较于现有技术所需的32+32个存储器容量，本发明可省下近半的存储器容量。特别是，校正具有相同初始放电容量曲线11的多个电池(例如一电池组中的多个电池)时，更可省下大量的存储器容量。以存储16个电池的目前放电曲线12为例。由于每个电池的目前放电曲线12均由相同的初始放电容量曲线11校正所得。因此每个电池的目前放电曲线12对应的开路电压可共用，且第一个与最后一个放电间隔与中间放电间隔的比例也相同。仅有初始放电容量曲线11的中间放电间隔的放电容量差值不同。因此仅需要32个存储器容量存储开路电压，2个存储器容量存储第一个与最后一个放电间隔与中间放电间隔的比例，以及1×16个存储器容量存储初始放电容量曲线11的中间放电间隔的放电容量差值。也就是说仅需要50个存储器容量即可存储目前放电曲线12的完整信息。相较于现有技术所需的(32+32)×16个存储器容量，本发明可省下大量的存储器容量。

图3为根据本发明的一放电曲线的校正系统的一实施例的示意图。放电曲线的校正系统可用以校正一电池32的一初始电容放电曲线34，此放电曲线的校正系统包括一控制器31以及一放电测量量单元33。放电测量量单元33耦接在电池32与一负载电路(图中未示)之间，用以测量由电池32传送给负载电路的电荷量。初始电容放电曲线34可能由电池的制造商所提供或是当电池32初次被使用在电子系统时，由控制器31与放电测量量单元33测量所得。此放电测量量单元33优选为一库仑计数器。

当电池32经过反复的充电与放电过程后，会使得电池32老化，造成电池32的电压与对应的放电容量（或是残电容量）无法符合初始电池放电曲线34，因此控制器31需根据电池32的目前状态来校正初始电池放电曲线34，以产生符合电池32现状的电池放电曲线。

控制器31可根据初始电容放电曲线34、电池32于一第一时间点的一第一开路电压以及一第二开路电压计算一理想放电量。并且控制放电测量量单元33测量电池32在该第一时间点与该第二时间点间的一实际放电量。根据该理想放电量与该实际放电量的一总放电量差值，控制器31可校正初始放电曲线34以得到此电池32的一目前放电曲线。

在一实施例中，控制器31可在第一时间点先测量电池32的第一开路电压，接着根据该第一开路电压查询初始电池放电曲线34以得到第一放电量。控制器31将放电测量量单元33归零后，放电测量量单元33开始测量由电池32输出的电荷量。在第二时间点时，控制器31测量电池32的第二开路电压，并根据该第二开路电压查询初始电池放电曲线34以得到第二放电量。控制器31接着自放电测量量单元33测量电池32于第一时间点和第二时间点之间的一实际放电量。

控制器31根据第一放电量与第二放电量计算一理想放电量。接着根据理想放电量与实际放电量计算一总放电量差值。

初始电池放电曲线34具有多个取样点，各取样点分别对应一放电量以及一开路电压。每两相临取样点之间为一放电间隔。在一实施例中，除第一个与最后一个放电间隔外，每一中间放电间隔的放电容量为一定值。在一实施例中，将电池32充饱，并开始放电。电池32每放电0.3333Ah时记录一取样点并记录电池32的开路电压。控制器31先根据该理想放电量与每一放电间隔的放电量计算该第一时间点至该第二时间点经过多少个放电间隔。假设自第一时间点至该第二时间点总过经过了N个放电间隔，该总放电量差值为X(Ah)，则每一个放电间隔的一平均放电量差值为X/N(Ah)。接着根据该平均放电量差值对该初始电池放电曲线34进行校正以得到目前电池的一放电曲线。关于平均放电量差值的详细说明请参考图1与图2的说明。

图4为一电池放电曲线的校正方法的一实施例的流程图。在步骤S41中，一控制器先取得一电池的初始OCV曲线。该初始OCV曲线包含多个取样点，该初始OCV曲线的横轴表示电池的电容量，纵轴表示电池的开路电压。初始OCV曲线可能是电池的初始充电曲线或初始放电曲线。在本实施例中，初始OCV曲线是以电池的初始放电曲线为例说明。在另一实施方式中，该初始OCV曲线的横轴表示电池的放电容量或充电容电，纵轴表示电池的开路电压。

在步骤S42中，控制器于第一时间点量得电池的一第一开路电压，以及在一第二时间点量得电池的一第二开路电压。在步骤S43中，控制器取得初始OCV曲线中分别对应于该第一开路电压以及该第二开路电压的一第一放电量以及一第二放电量。

在步骤S44中，控制器根据该第一放电量与该第二放电量计算一理想放电量。

在步骤S45中，测量该电池于该第一时间点与该第二时间点间的一实际放电量。接着在步骤S46中，根据该理想放电量以及该实际放电量的一总放电量差值校正该初始OCV曲线以得到该电池的一目前OCV曲线。

然而以上所述仅为本发明的优选实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明权利要求书及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。另外本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所公开的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明的权利范围。

Claims

1.一种电池的放电曲线的校正方法，包括：

取得一电池的一初始放电曲线；

在一第一时间点以及一第二时间点分别测量该电池的一第一开路电压以及一第二开路电压；

取得该初始放电曲线中分别对应于该第一开路电压以及该第二开路电压的一第一放电量以及一第二放电量；

根据该第一放电量与该第二放电量计算一理想放电量；

测量该电池于该第一时间点与该第二时间点之间的一实际放电量；以及

根据该理想放电量与该实际放电量的一总放电量差值校正该初始放电曲线以得到该电池的一目前放电曲线。

2.如权利要求1所述的电池的放电曲线的校正方法，其中在测量该电池于该第一时间点与该第二时间点间的一实际放电量的步骤还包括：

通过一库仑计数器测量该实际放电量。

3.如权利要求2所述的电池的放电曲线的校正方法，其中该库仑计数器于该第一时间点归零。

4.如权利要求1所述的电池的放电曲线的校正方法，还包括：

根据该理想放电量计算该第一时间点至该第二时间点间的一放电间隔的数量。

5.如权利要求4所述的电池的放电曲线的校正方法，还包括：

根据该放电间隔的数量与该总放电量差值计算该放电间隔的一平均放电量差值；以及

根据该平均放电量差值以及该放电间隔校正该初始放电曲线。

6.如权利要求1所述的电池的放电曲线的校正方法，其中该初始放电曲线包括多个取样点，各该取样点分别对应一放电量以及一开路电压，在根据该理想放电量与该实际放电量的一总放电量差值校正该初始放电曲线以得到该电池的一目前放电曲线的步骤还包括：

根据该总放电量差值校正任两相邻取样点之间的一放电间隔以得到该电池的该目前放电曲线。

7.一种放电曲线的校正系统，用以校正一电池的一初始电容放电曲线，该校正系统包括：

一放电测量量单元，耦接该电池，该放电测量量单元用以测量该电池的放电量；以及

一控制器，根据该初始电容放电曲线、该电池于一第一时间点的一第一开路电压以及在一第二时间点的一第二开路电压计算一理想放电量，以及控制该放电测量量单元测量于该第一时间点与该第二时间点间的一实际放电量，

其中，该控制器根据该理想放电量与该实际放电量的一总放电量差值校正该初始放电曲线以得到该电池的一目前放电曲线。

8.如权利要求7所述的放电曲线的校正系统，其中该放电测量量单元为一库仑计数器。

9.如权利要求8所述的放电曲线的校正系统，其中该控制器于该第一时间点将该库仑计数器归零以测量该实际放电量。

10.如权利要求7所述的放电曲线的校正系统，其中该控制器更根据该第一开路电压以及该第二开路电压取得该初始放电曲线中分别对应于该第一开路电压以及该第二开路电压的一第一放电量以及一第二放电量，以计算该理想放电量。

11.如权利要求7所述的放电曲线的校正系统，其中该控制器根据该理想放电量计算该第一时间点至该第二时间点间的一放电间隔的数量。

12.如权利要求11所述的放电曲线的校正系统，其中该控制器根据该放电间隔的数量与该总放电量差值计算该放电间隔的一平均放电量差值，并根据该平均放电量差值以及该放电间隔校正该初始放电曲线。

13.如权利要求7所述的放电曲线的校正系统，其中该初始放电曲线包括多个取样点，各该取样点分别对应一放电量以及一开路电压，且该控制器根据该总放电量差值校正任两相邻取样点之间的一放电间隔以得到该电池的该目前放电曲线。