CN103197115A - 充电电池组的电压校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在一充电电池组中，通过将充电电池组内各电池单元的内阻对每一个充电电池所产生的平均压差得出一平均电压，再依据所述平均电压与各电池单元的测量电压计算出各电池单元的计算内阻，最后依据各电池单元的计算内阻修正各电池单元的测量电压得出各电池单元的校正电压，使各电池单元的校正电压更接近各电池单元的真实电压，在充电电池组进行充电或放电时，电池控制单元能依据更接近真实电压的校正电压进行充放电判断。

Description

充电电池组的电压校正方法

技术领域

本发明涉及一种电压校正方法，特别涉及一种可减少各电池单元内阻压差的影响以校正各电池单元的测量电压的充电电池组的电压校正方法。

背景技术

为了给设备提供足够的电压，一般充电电池组通常由多个电池单元串联而成，这样的组合能方式能同时满足笔记型电脑、医疗设备、高功耗需求的仪器设备等。在设计电池组时，通常多个串联的电池单元彼此之间的电压是平衡的，然而因为电池组各电池单元之间的走线以及头尾两端的电池单元衔接的镍片产生的电阻，使得在充电电池组内的电池控制单元在侦测各电池单元的电压时，会侦测到不一致的结果。在现有技术中有几个用来平衡电池组内各电池单元的电压的方式，其大致上分为电池电压平衡法(cell voltagebalance)以及电池容量平衡法(cell capacity balance)两大类型。但这两大类型的电压平衡方法并无法解决到镍片或走线在各电池单元内所造成的内阻，而导致串联电池的串电压差的问题。

举例而言，在一个具有多个电池单元串联而成的充电电池组中，电池组因为外观设计的限制，造成内部电池单元之间的内电阻不平均，同时电池组两端的电池单元也因为导电镍片的影响，其内阻往往大于其他非两端的电池单元。如此一来，当充电电池组在充电过程中，电池控制单元会提早将电池判定为充电完成(但实际上内部的电池单元并未完全充电)，而在放电的过程中，电池控制单元会提早将电池判定为放电完成(但实际上内部的电池单元仍有部分可用电力)。这样的结果，使得充电电池组的实际可用电池容量比其所设计的容量来得低，且在充电过程中因无法正确充电完成而影响电池的寿命。

发明内容

为解决上述在充电电池组中各电池单元内阻造成的压差，导致充电电池组的充放电不完全的问题，本发明提供一种可减少各电池单元内阻压差的影响以校正各电池单元的测量电压的电压校正的方法。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

在本发明的实施例中，提供了一种充电电池组的电压校正方法。在一充电电池组中包括串联的一第一电池单元以及一第二电池单元，所述充电电池模块还包括一电池控制单元，其电连接在所述第一电池单元以及所述第二电池单元。所述电压校正方法包括使用所述电池控制单元执行下列步骤：分别取得所述第一电池单元以及所述第二电池单元的一第一测量电压以及一第二测量电压；依据所述第一测量电压以及所述第二测量电压获得一平均电压；依据所述第一测量电压、所述平均电压以及流过所述第一电池单元的一充电电流获得所述第一电池单元的一第一计算内阻；取得所述第一电池单元的一第一更新测量电压以及取得流过所述第一电池单元的一更新充电电流以及依据所述第一更新测量电压、所述更新充电电流以及所述第一计算内阻获得所述第一电池单元的一第一校正电压。

进一步特征为还包括使用所述电池控制单元执行下列步骤：判断所述第一电池单元的相对容量是否大于所述第一电池单元的充饱容量的一预设比例；判断所述第一测量电压是否大于一预设电压值；以及若所述第一电池单元的相对容量大于所述第一电池单元的充饱容量的所述预设比例以及所述第一测量电压大于所述预设电压值，依据所述第一测量电压、所述平均电压以及所述充电电流获得所述第一计算内阻。

进一步特征为还包括使用所述电池控制单元执行下列步骤：依据所述第二测量电压、所述平均电压以及流过所述第二电池单元的所述充电电流获得所述第二电池单元的一第二计算内阻；取得所述第二电池单元的一第二更新测量电压以及取得流过所述第二电池单元的一更新充电电流；以及依据所述第二更新测量电压、所述更新充电电流以及所述第二计算内阻获得所述第二电池单元的一第二校正电压。

进一步特征为还包括使用所述电池控制单元执行下列步骤：在对所述第一电池单元充电时，依据所述第一校正电压判断所述第一电池单元是否充电完成。

进一步特征为还包括使用所述电池控制单元执行下列步骤：在对所述第一电池单元放电时，依据所述第一校正电压判断所述第一电池单元是否放电完成。

进一步特征为所述电池控制单元依据所述第一测量电压以及所述第二测量电压获得所述平均电压是依据相同权重的所述第一测量电压以及所述第二测量电压获得所述平均电压。

进一步特征为所述电池控制单元依据下列条件获得所述第一计算内阻：R_1e＝|(V₁-V_avg)/I|；其中R_1e为所述第一计算内阻，V₁为所述第一测量电压，V_avg为所述平均电压，I为所述充电电流。

进一步特征为所述电池控制单元依据下列条件获得所述第一校正电压：V_1c＝V₁′-I′R_1e；其中V_1c为所述第一校正电压，V₁′为所述第一更新测量电压，I′为所述更新充电电流，R_1e为所述第一计算内阻。

在本发明的实施例中，还提供了一种充电电池组的电压校正方法。在一充电电池组中包括串联的多个电池单元，所述充电电池模块还包括一电池控制单元，其电连接在所述多个电池单元。所述电压校正方法包括使用所述电池控制单元执行下列步骤：分别取得所述多个电池单元的多个测量电压；依据所述多个测量电压获得一平均电压；依据各电池单元的各测量电压、所述平均电压以及流过所述多个电池单元的一充电电流，获得所述多个电池单元相对应的多个计算内阻；取得所述多个电池单元的多个更新测量电压以及取得流过所述多个电池单元的一更新充电电流；以及依据各更新测量电压、所述更新充电电流以及各计算内阻获得所述多个电池单元相对应的多个校正电压。

进一步特征为还包括使用所述电池控制单元执行下列步骤：判断各电池单元的相对容量是否大于各电池单元的充饱容量的一预设比例；判断各电池单元的各测量电压是否大于一预设电压值；以及若各电池单元的相对容量分别大于各电池单元的充饱容量的所述预设比例以及各测量电压分别大于所述预设电压值时，分别依据各测量电压、所述平均电压以及所述充电电流分别获得各计算内阻。

进一步特征为还包括使用所述电池控制单元执行下列步骤：在对所述多个电池单元充电时，依据各校正电压判断所对应的所述电池单元是否充电完成。

进一步特征为还包括使用所述电池控制单元执行下列步骤：在对所述多个电池单元放电时，依据各校正电压判断所对应的所述电池单元是否放电完成。

进一步特征为所述电池控制单元依据所述多个测量电压获得所述平均电压是依据相同权重的所述多个测量电压获得所述平均电压。

本发明的优点为：利用本发明实施例所提供的电压校正方法，可以依据各电池单元的内阻之间的比例调整各电池单元实际测得的电压，使各电池单元计算后的校正电压更接近各电池单元的实际电压，使电池控制单元在充电电池组在充/放电过程中，获得更准确的电压数值，使充电电池组的充/放电达到更佳的效率。

附图说明

图1为本发明使用电压校正的充电电池组的示意图。

图2为电压校正方法中的内阻计算流程示意图。

图3为电压校正方法中的电压校正流程示意图。

其中，附图标记说明如下：

1         充电电池组        10        第一电池单元

11        第一内阻          20        第二电池单元

21        第二内阻            30        第三电池单元

31        第三内阻            40        电池控制单元

                              102～108、

100       内阻计算流程                  步骤

                              202～206

200       电压校正流程

具体实施方式

请参考图1，图1为本发明使用电压校正的充电电池组1的示意图。充电电池组1由多个电池单元串联而成，其中电池单元可为充电电池单元。在图1的充电电池组1中，是由第一电池单元10、第二电池单元20以及第三电池单元30串联而成。然而本发明并不以实施例中的电池单元数量为限，在充电电池组1中也可仅使用两个电池单元，或串联更多个电池单元，且还可以将多个彼此串联的电池串并联后而具有更大的电池容量。充电电池组1内具有一电池控制单元40，分别电连接在第一电池单元10、第二电池单元20以及第三电池单元30，以分别取得第一电池单元10、第二电池单元20以及第三电池单元30的一第一测量电压V₁、一第二测量电压V₂以及一第三测量电压V₃。另外，电池控制单元40也用来取得流过第一电池单元10的电流I₁、流过第二电池单元20的电流I₂以及流过第三电池单元30的电流I₃，由于本实施例中，流至电池控制单元40的电流相比较I₁、I₂、I₃甚小而可忽略不计，因此为说明方便，本实施例设I₁＝I₂＝I₃＝I。再者，电池控制单元40控制充电电池组1的充放电过程。由于充电电池组1的外观设计、导电镍片以及电池单元间走线的影响，第一电池单元10、第二电池单元20以及第三电池单元30分别产生了一第一内阻11即R₁、一第二内阻21即R₂以及一第三内阻31即R₃，各内阻的实际电阻值对电池控制单元40而言是未知的，且一般来说，因为充电电池组1两端的电池单元10、30因连接导电镍片，使得实际情况的R₁＞＞R₂～R₃或R₃＞＞R₁～R₂，然此并不会对本发明的实施造成限制。

为了在充电电池组1中减少内阻所造成的压差，使充电电池组1的充放电达到更佳的效率，本发明提出了一种充电电池组的电压校正方法。请参考图2，图2为电压校正方法中的内阻计算流程100流程示意图。内阻计算流程100是在充电或放电程序中进行内阻的计算，包括下列步骤：

步骤102：判断各电池单元的相对容量是否都大于充饱容量的一预设比例？

步骤104：取得各电池单元的各测量电压，并判断各电池单元的各测量电压是否大于一预设电压值？

步骤106：依据各电池单元的各测量电压获得一平均电压；

步骤108：计算各电池单元的各计算内阻。

当充电电池组1在充电过程中，各电池单元的电池容量大于一定比例且各电池单元的测量电压大于某一预设电压值时，可以较准确地计算出各电池单元的各计算内阻。换言之，即使不执行步骤102与104也可直接执行步骤106、108来计算出各电池单元的计算内阻，也即本发明的实施不以执行步骤102与104为限。然而，执行步骤102与104可获得较佳的结果。因此，在此本发明的较佳实施例中，电池控制单元40先在步骤102中判断各电池单元的相对容量(relative state of capacity，RSOC)是否都大于充饱容量(full chargecapacity，FCC)的一预设比例。举例来说，假定各电池单元的充饱容量为FCC，则电池控制单元40可在步骤102中判断各电池单元的相对容量是否大于其FCC的50％，且当各电池单元的相对容量都超过其FCC的50％时，再执行后续步骤。接着在步骤104中，电池控制单元40分别取得第一电池单元10、第二电池单元20以及第三电池单元30的第一测量电压V₁、第二测量电压V₂以及第三测量电压V₃，电池控制单元40并在判断各电池单元的测量电压超过所述预设电压值(例如3.7伏特)时，再执行步骤106与108。请注意，本发明的电压校正方法，包括图2的内阻计算流程100以及图3的电压校正流程200都可在充电电池组1的放电程序中执行。在放电程序中执行的条件与在充电程序中执行的条件相仿，也即为了较准确地计算出各电池单元的各计算内阻，当各电池单元的RSOC大于FCC的一预设比例(例如50％)且各电池单元的测量电压大于某一预设电压值(例如3.7伏特)时，再执行步骤106与108。还请注意，上述预设比例的范例50％与预设电压值的范例3.7伏特并非对本发明实施的限制，本技术领域具有通常知识者可依据实际应用的不同，例如依据电池单元的种类不同，在不过度实验下，选择不同的预设比例及预设电压值。

由于第一测量电压V₁、第二测量电压V₂以及第三测量电压V₃都受到各电池单元的内阻的影响而大于各电池单元的实际电压，因此在步骤106中，电池控制单元40依据V₁、V₂以及V₃计算产生一平均电压V_avg，本实施例是以相同权重来平均V₁、V₂、V₃以产生平均电压V_avg，也即：

V_avg＝(V₁+V₂+V₃)/n；

其中n为电池单元的数量，在本实施例中n等于3。

也可依据电池设定或设计需求，依一特定比例的权重对各测量电压加权计算出平均电压V_avg，例如：

V_avg＝(0.99V₁+1.005V₂+1.005V₃)/n。

接着电池控制单元40依据各电池单元的测量电压、平均电压V_avg、以及在充电过程中对充电电池组1充电的充电电流I，估算各电池单元的内阻。例如，第一电池单元10的第一内阻11(R₁)虽为未知，但在步骤108中，依据下列公式可获得第一电池单元10的一第一计算内阻R_1e：

R_1e＝|(V₁-V_avg)/I|；

同理电池控制单元40可获得第二电池单元20的一第二计算内阻R_2e＝|(V₂-V_avg)/I|、以及第三电池单元30的一第三计算内阻R_3e＝|(V₃-V_avg)/I|。当所有电池单元的计算内阻都计算完成后，即结束内阻计算流程100。

接着请参考图3，图3为电压校正方法中进行电压校正流程200示意图，其包括下列步骤：

步骤202：取得一电池单元的计算内阻；

步骤203：取得所述电池单元的更新测量电压及更新充电电流；

步骤204：依据所述电池单元的更新测量电压、更新充电电流以及计算内阻获得所述电池单元的校正电压；

步骤206：依据所述电池单元的校正电压判断所述电池单元是否充/放电完成。

由于现有已执行内阻计算流程100，完成估算各电池单元的计算内阻R_1e、R_2e、R_3e，因此在步骤202中，电池控制单元40可直接取得第一计算内阻R_1e＝|(V₁-V_avg)/I|。然后在步骤203中，电池控制单元40测量取得第一电池单元10的第一更新测量电压V₁′及更新的充电电流I′。接着在步骤204中，电池控制单元40依据第一电池单元10的第一更新测量电压V₁′、第一计算内阻R_1e、更新充电电流I′获得第一电池单元10的一第一校正电压V_1c如下：

V_1c＝V₁′-I′R_1e；

请注意，V₁′为更新测量的电压，其值会随着每次测量时充电电池组1的环境条件、使用状况等而有不同，也即V₁′的值可能等于或异于现有计算R_1e时所测量的V₁；同理，I′为更新测量的电流，其值会随着每次测量时充电电池组1的环境条件、使用状况等而有不同，也即I′的值可能等于或异于现有计算R_1e所测量的I；至于R_1e在本实施例中一经求得即不需重新计算。然此并非对本发明的限制，R_1e也可在一预定时间后(例如m周，m为正整数)通过本发明的内阻计算流程100重新求得，也可在每次充电电池组1充电时即通过内阻计算流程100重新求得。

据上，在步骤206中，当充电电池组1进行充电时，电池控制单元40即依据第一电池单元10的第一校正电压V_1c来判断第一电池单元10是否充电完成。由上可知，第一校正电压V_1c比电池控制单元40实际自第一电池单元10量得的第一更新测量电压V₁′低，意味着将第一电池单元10的内阻所造成的压差除去，因此当第一更新测量电压V₁′达到额定充饱电压但第一校正电压V_1c尚未达到时，电池控制单元40会判断第一电池单元10尚未被充饱。直到第一校正电压V_1c达到第一电池单元10的额定充饱电压时，电池控制单元40才判断第一电池单元10已充电完成而停止充电。藉此，第一电池单元10比现有技术具有更佳的充饱电量。至于充电电池组1其他的电池单元的电压校正流程200也相仿，此处不再赘述。

类似地，在步骤206中，当充电电池组1进行放电时，电池控制单元40即依据第一电池单元10的第一校正电压V_1c来判断第一电池单元10是否需停止放电。由于第一校正电压V_1c比电池控制单元40实际自第一电池单元10量得的第一更新测量电压V₁′低，因此即便第一更新测量电压V₁′尚未达到额定放电截止电压但第一校正电压V_1c已达到时，电池控制单元40也会判断第一电池单元10需停止放电。藉此，第一电池单元10比现有技术更能避免过度放电。

此外，由于前述在步骤108中所计算出来的各电池单元的计算内阻实际上与各电池单元的测量电压有关，因此在步骤204中所计算出的各校正电压也可反应出各内阻实际造成的压差的关系。也即当第一电池单元10相较其他电池单元具有较大内阻时，在步骤204中的第一校正电压V_1c也会反映出对第一更新测量电压V₁′进行较大程度的修正。至于充电电池组1在放电过程中，电池控制单元40也使用上述电压校正方法，依据所计算出来的各校正电压来判断各电池单元是否放电完成。

为更具体说明本发明所揭示的电压校正方法，以下以一具体实施例来作说明。

依据步骤104，在充电电池组1中，电池控制单元40分别测量得第一电池单元10、第二电池单元20以及第三电池单元30的第一测量电压V₁为3806mV、第二测量电压V₂为3801mV以及第三测量电压V₃为3802mV，而充电过程中所施加的充电电流I＝1A。

依据步骤106计算获得的平均电压V_avg＝(V₁+V₂+V₃)/n＝(3806+3801+3802)/3＝3803(mV)。接着在步骤108中，获得各电池单元的计算内阻如下：

R_1e＝|(V₁-V_avg)/I|＝|(3806-3803)/1|＝3(mΩ)；

R_2e＝|(V₂-V_avg)/I|＝|(3801-3803)/1|＝2(mΩ)；

R_3e＝|(V₃-V_avg)/I|＝|(3802-3803)/1|＝1(mΩ)；

再依据步骤202，电池控制单元40先直接取得各电池单元的计算内阻R_1e、R_2e、R_3e。接着依据步骤203，分别取得第一电池单元10、第二电池单元20以及第三电池单元30的第一更新测量电压V₁′为3807mV、第二更新测量电压V₂′为3802mV以及第三更新测量电压V₃′为3802mV，以及取得目前更新充电电流I′＝1.1A。然后再依据步骤204，获得各电池单元的校正电压如下：

V_1c＝V₁′-I′R_1e＝3807-1.1x3＝3803.7(mV)；

V_2c＝V₂′-I′R_2e＝3802-1.1x2＝3799.8(mV)；

V_3c＝V₃′-I′R_3e＝3802-1.1x1＝3800.9(mV)；

如此即可获得各电池单元接近实际电压的校正电压。

本发明所揭示的电压校正方法以及相关的充电电池组，通过将充电电池组内各电池单元的内阻对每一个充电电池所产生的平均压差得出一平均电压，再依据所述平均电压与各电池单元的测量电压计算出各电池单元的计算内阻，最后依据各电池单元的计算内阻修正各电池单元的测量电压以得出各电池单元的校正电压，且校正电压较接近各电池单元的真实电压。因此，在充电电池组进行充电或放电时，电池控制单元能依据校正电压进行更准确的充放电判断。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (13)

1.一种充电电池组的电压校正方法，在一充电电池组中包括串联的一第一电池单元及一第二电池单元，所述充电电池模块还包括一电池控制单元，其电连接于所述第一电池单元及所述第二电池单元，所述电压校正方法包括使用所述电池控制单元执行下列步骤：

分别取得所述第一电池单元的一第一测量电压及所述第二电池单元的一第二测量电压；

依据所述第一测量电压及所述第二测量电压获得一平均电压；

依据所述第一测量电压、所述平均电压以及流过所述第一电池单元的一充电电流获得所述第一电池单元的一第一计算内阻；

取得所述第一电池单元的一第一更新测量电压以及取得流过所述第一电池单元的一更新充电电流；以及

依据所述第一更新测量电压、所述更新充电电流以及所述第一计算内阻获得所述第一电池单元的一第一校正电压。

2.如权利要求1所述的电压校正方法，其特征为，还包括使用所述电池控制单元执行下列步骤：

判断所述第一电池单元的相对容量是否大于所述第一电池单元的充饱容量的一预设比例；

判断所述第一测量电压是否大于一预设电压值；以及

若所述第一电池单元的相对容量大于所述第一电池单元的充饱容量的所述预设比例以及所述第一测量电压大于所述预设电压值，依据所述第一测量电压、所述平均电压以及所述充电电流获得所述第一计算内阻。

3.如权利要求1所述的电压校正方法，其特征为，还包括使用所述电池控制单元执行下列步骤：

依据所述第二测量电压、所述平均电压以及流过所述第二电池单元的所述充电电流获得所述第二电池单元的一第二计算内阻；

取得所述第二电池单元的一第二更新测量电压以及取得流过所述第二电池单元的一更新充电电流；以及

依据所述第二更新测量电压、所述更新充电电流以及所述第二计算内阻获得所述第二电池单元的一第二校正电压。

4.如权利要求1所述的电压校正方法，其特征为，还包括使用所述电池控制单元执行下列步骤：在对所述第一电池单元充电时，依据所述第一校正电压判断所述第一电池单元是否充电完成。

5.如权利要求1所述的电压校正方法，其特征为，还包括使用所述电池控制单元执行下列步骤：在对所述第一电池单元放电时，依据所述第一校正电压判断所述第一电池单元是否放电完成。

6.如权利要求1所述的电压校正方法，其特征为，所述电池控制单元依据所述第一测量电压以及所述第二测量电压获得所述平均电压是依据相同权重的所述第一测量电压以及所述第二测量电压获得所述平均电压。

7.如权利要求1所述的电压校正方法，其特征为，所述电池控制单元依据下列条件获得所述第一计算内阻：

R_1e＝|(V₁-V_avg)/I|；

其中R_1e为所述第一计算内阻，V₁为所述第一测量电压，V_avg为所述平均电压，I为所述充电电流。

8.如权利要求1所述的电压校正方法，其特征为，所述电池控制单元依据下列条件获得所述第一校正电压：

V_1c＝V₁′-I′R_1e；

其中V_1c为所述第一校正电压，V₁′为所述第一更新测量电压，I′为所述更新充电电流，R_1e为所述第一计算内阻。

9.一种充电电池组的电压校正方法，在一充电电池组中包括串联的多个电池单元，所述充电电池模块还包括一电池控制单元，其电连接在所述多个电池单元，所述电压校正方法包括使用所述电池控制单元执行下列步骤：

分别取得所述多个电池单元的多个测量电压；

依据所述多个测量电压获得一平均电压；

依据各电池单元的各测量电压、所述平均电压以及流过所述多个电池单元的一充电电流获得所述多个电池单元相对应的多个计算内阻；

取得所述多个电池单元的多个更新测量电压以及取得流过所述多个电池单元的一更新充电电流；以及

依据各更新测量电压、所述更新充电电流以及各计算内阻获得所述多个电池单元相对应的多个校正电压。

10.如权利要求9所述的电压校正方法，其特征为，还包括使用所述电池控制单元执行下列步骤：

判断各电池单元的相对容量是否大于各电池单元的充饱容量的一预设比例；

判断各电池单元的各测量电压是否大于一预设电压值；以及

若各电池单元的相对容量分别大于各电池单元的充饱容量的所述预设比例以及各测量电压分别大于所述预设电压值时，分别依据各测量电压、所述平均电压以及所述充电电流分别获得各计算内阻。

11.如权利要求9所述的电压校正方法，其特征为，还包括使用所述电池控制单元执行下列步骤：在对所述多个电池单元充电时，依据各校正电压判断所对应的所述电池单元是否充电完成。

12.如权利要求9所述的电压校正方法，其特征为，还包括使用所述电池控制单元执行下列步骤：在对所述多个电池单元放电时，依据各校正电压判断所对应的所述电池单元是否放电完成。

13.如权利要求9所述的电压校正方法，其特征为，所述电池控制单元依据所述多个测量电压获得所述平均电压是依据相同权重的所述多个测量电压获得所述平均电压。

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