CN111289902A - 电池电量状态的预估方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电池电量状态的预估方法，当电池的一电流小于零时，根据一检测出的电池电压以从一查找表中查询出一对照的参考的电量状态，电池电压减去一电压门槛值取得一电压差，一现在的电量状态除以电压差取得一第一斜率，参考的电量状态除以电压差取得一第二斜率，第一斜率除以第二斜率取得一调整比例，以一库伦计数法计数电池放电的一电荷容量以计算出一放电的计数容量，放电的计数容量乘以调整比例取得一调整值，一先前记录的残余容量减去调整值以获得一新的残余容量，新的残余容量除以一满充电容量以预估出一新的电池电量状态。

Description

电池电量状态的预估方法
技术领域
本发明有关于一种预估方法，尤指一种对于电池的电量状态进行预估的方法。
背景技术
随着电池技术的演进，目前许多电子设备中都会设置一电池，以利用电池储存的电量来提供电子设备运作所需的能量。再者，电池储存的电量会随着电子设备的运作而逐渐减少，为了避免电池储存的电量完全耗尽而令电子设备在无预警的状况下停止运转，电子设备本身通常都会对于电池的电量状态(State of Charge，SOC)进行预估。电池的电量状态(SOC)亦可定义为电池中可用电能的状态，其通常以百分比来表示，例如SOC＝残余电量(Remaining Capacity，RM)/满充电电量(Full Charged Capacity，FCC)。经由电池电量状态(SOC)的预估，电子设备的用户可以在电池储电的电量不足时，事先对于电池执行充电的动作。
先前技术常使用查找表法，如电压查表法(OVC Lookup Table)，预估电池的电量状态(SOC)。电压查表法的表格列出了不同电压所对应的电量状态(SOC)。经由目前电池电压的检测，以从电压查表法的表格中比对出其对应的电量状态(SOC)。电压查表法虽可以快速、简单地预估出电池的电量状态(SOC)，然，在电池的放电过程中，常会因为大电流的放电或严苛环境(如温度较高或较低的环境)而造成电量状态(SOC)预估上的误差。于是，当电池放电至截止电压时，电量状态(SOC)亦可能直接剧降至0％而停止了电池的放电，以电池作为电力的电子设备也会突然停止运作。假如电池使用在电动车上，电动车亦可能会因为电量状态(SOC)预估上的误差而无预警的停止行驶，以致产生有行驶安全的问题。
有鉴于此，本发明将提供一种创新的预估电池电量状态的方法，其方法将可预估出准确的电池电量状态(SOC)，避免使用电池作为电力的电子设备无预警的停止运作，将会是本发明的目的。
发明内容
本发明的一目的，在于提出一种电池容量的预估方法，其预估方法能够预估出准确的电池电量状态，以避免电池放电时其电量状态瞬间剧降至0％而停止了电池的放电，藉以增加使用电池作为电力的电子设备其操作上的安全性及稳定性。
为达成上述目的，本发明提供一种电池电量状态的预估方法，其预估方法使用在一具有一电池的电子设备上，步骤包括：判断电池的一电流小于零时执行一电池放电时的残余电量的调整程序；执行电池放电时的残余电量的调整程序的步骤包括：检测电池的一电压；根据检测出的电池的电压以从一查找表中查询出一对照的参考电量状态；将检测出的电池的电压减去一电压门槛值以取得一电压差；将一现在的电量状态除以电压差以取得一第一斜率；将参考的电量状态除以电压差以取得一第二斜率；将第一斜率除以第二斜率以取得一调整比例；以一库伦计数法计数电池所放电的一电荷容量以计算出一放电的计数容量；将放电的计数容量乘以调整比例以取得一调整值；将一先前记录的残余容量减去调整值以预估出一新的残余容量；及将新的残余容量除以一满充电容量以预估出一新的电池电量状态。
本发明一实施例中，更包括一满充电容量的更新程序，其步骤包括：判断检测出的电池的电压是否小于或等于电压门槛值；若电池的电压小于或等于电压门槛值，停止更新满充电容量的流程，若电池的电压不小于或不等于电压门槛值，继续判断电池的电流是否小于零；若电池的电流小于零，停止更新满充电容量的流程，若电池的电流不小于零，开始执行满充电容量的更新程序；执行满充电容量的更新程序的步骤包括：以库伦计数法计数电池所充电的电荷容量以计算出一充电的计数容量且将先前记录的残余容量加上充电的计数容量以取得一新记录的残余容量；及判断电池是否处在一充满电的状态，若是，将新记录的残余容量更新为满充电容量；若否，回到判断电池的电流是否小于零的步骤。
本发明一实施例中，更包括下列步骤：判断电池的一电流或一平均电流是否为零；若电池的电流或平均电流为零，执行一电池静态时的残余容量的校正程序，若电池的电流或平均电流不为零，电池正在充电或放电；执行电池静态时的残余容量的校正程序的步骤包括：检测电池的电压；根据检测出电池的电压以从查找表中查询出一对照的参考残余容量；及判断先前记录的残余容量是否大于参考残余容量，当先前记录的残余容量小于参考容量时，重新回到判断电池的电流或平均电流是否为零的步骤；当先前记录的残余容量大于参考残余容量时，对于先前记录的残余容量执行至少一次自耗电容量的扣除程序以使新记录的残余容量小于参考残余容量，当自耗电容量的扣除程序完成后，重新回到判断电池的电流或平均电流是否为零的步骤。
本发明一实施例中，更包括下列步骤：判断出电池的电流大于零时执行一电池充电时的残余容量的计数程序；执行电池充电时的残余容量的计数程序的步骤包括：以库伦计数法计数电池所充电的电荷容量以计算出一充电的计数容量；将先前记录的残余容量加上充电的计数容量以取得新的残余容量；及将新的残余容量除以满充电容量以预估出新的电池电量状态。
本发明一实施例中，电压门槛值为一低电量状态所对应的特定电压或一截止放电电压。
本发明一实施例中，查找表为电池的电压与参考电量状态及参考残余容量的对照表。
附图说明
图1：本发明电子设备的电路结构示意图。
图2：本发明电池电量状态的预估方法的流程图。
图3：本发明电池放电时的残余容量的调整程序流程图。
图4：本发明电池电压与电量状态的曲线图。
图5：本发明电池静态时的残余容量的校正程序流程图。
图6：本发明电池的满充电容量的更新流程图。
图7：本发明预估电池放电时的电量状态曲线及习用技术预估电池放电时的电量状态曲线的示意图。
主要组件符号说明：
100 电子设备 10 电池
11 处理器 12 存储单元
120 电池容量的预估程序 121 查找表
13 显示单元 14 电流检测电路
15 电压检测电路 301 曲线
303 曲线 305 曲线
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
请参阅图1、图2、图3、图4及图5，分别为本发明电子设备的电路结构示意图、本发明电池电量状态的预估方法的流程图、本发明电池放电时的残余容量的调整程序流程图、本发明电池电压与电量状态的曲线图及本发明电池静态时的残余容量的校正程序流程图。如图1所示，本发明电子设备100亦可为一电动车、一手持式电子装置或一以电池作为主要供电电源的设备，其包括一电池10、一处理器11、一存储单元12、一显示单元13、一电流检测电路14及一电压检测电路15。处理器11连接电池10、存储单元12、显示单元13、电流检测电路14及电压检测电路15。存储单元12储存有一电池容量的预估程序120与一查找表121，且记录有一电池的残余容量(Remaining Capacity，RM)及一电池的满充电容量(FullCharged Capacity，FCC)的信息。本发明电子设备100将利用电池容量的预估程序120对于电池10的电量状态(State of Charge，SOC)进行预估。再者，所预估出的电量状态(SOC)将会储存于存储单元12中及显示在显示单元13上。
如图2所示，本发明电池电量状态(SOC)的预估方法的流程如下所述：首先，步骤S201，处理器11开启电池容量的预估程序120，利用电流检测电路14检测电池10的一电流(I)，判断电池10的电流(I)或平均电流(Iavg)是否为零。假如电池10的电流(I)或平均电流(Iavg)不为零，电池10正处在一充放电的状态，继续执行步骤S203，处理器11判断电池10的电流(I)是否小于零。若电池10的电流(I)小于零，电池容量的预估程序120将会执行一电池放电时的残余容量的调整程序S21；若电池10的电流(I)不小于零，电池容量的预估程序120将会执行一电池充电时的残余容量的计数程序S23。再者，回到步骤S201，假如电池10的电流(I)或平均电流(Iavg)等于零，电池10正处在一未充放电的状态，电池容量的预估程序120将会执行一电池静态时的残余容量的校正程序S25。
如图3所示，电池10正在放电时，电池容量的预估程序120执行电池放电时的残余容量的调整程序S21。首先，步骤S211，处理器11利用电压检测电路15检测电池10的一电压(VX)，根据于检测出的电压(VX)从查找表121中查询出一对照的参考电量状态(SOCref)。在本发明一实施例中，查找表121为一电池的电压与参考电量状态(SOCref)及参考残余容量(RMref)的对照表，其列出每一电池的电压所对照的参考电量状态(SOCref)以及参考残余容量(RMref)，例如：A1(mV)的电压对照于B1(％)的参考电量状态及C1(mA)的参考残余容量，A2(mV)的电压对照于B2(％)的参考电量状态及C2(mA)的参考残余容量，…，AN(mV)的电压对照于BN(％)的参考电量状态及CN(mA)的参考残余容量等等。步骤S213，检测出的电压(VX)减去一电压门槛值(Vth)以取得一电压差(Vd＝VX-Vth)。本发明一实施例中，电压门槛值(Vth)亦可为一低电量状态(SOC)所对应的特定电压，例如：0％SOC所对应的电压值或5％SOC所对应的电压值。或者，本发明又一实施例中，电压门槛值(Vth)亦可为一截止放电电压(EDV，Endof Discharge Voltage)。步骤S215，现在的参考电量状态(SOCnow)除以电压差(Vd)以取得电池10的放电曲线301的一第一斜率(Slope 1)，如图4所示；参考电量状态(SOCref)除以电压差(Vd)以取得一第二斜率(Slope 2)；而后，将第一斜率(Slope 1)除以第二斜率(Slope2)以取得一调整比例(Adj(％))。接着，步骤S217，以一库伦计数法计数电池10所放电的一电荷容量而计算出一放电的计数容量(Count_Dsg)，将放电的计数容量乘以调整比例以取得一调整值(Adj_Value＝Count_Dsg×Adj(％))；然后，一先前记录的残余容量(RMprev)减去调整值(Adj_Value)即可补偿出一新的残余容量(RMnew＝RMprev－Adj_Value)。再度参阅图2，执行完电池放电时的残余容量的调整程序S21后，执行步骤S205，将补偿出的残余容量(RMnew)除以一满充电容量(FCC)即可取得一新的电池电量状态(SOCnew＝RMnew/FCC)。
上述提到，在电池使用过程中，常会因为大电流的放电或严苛环境而造成预估电量状态(SOC)的误差。于是，当第一斜率(Slope 1)大于第二斜率(Slope 2)还要大时，其代表目前的电量状态比实际的电量状态还要高，则，先前记录的残余容量(RMprev)将会减去较大的调整值(Adj_Value)；反之，当第一斜率(Slope1)小于第二斜率(Slope 2)时，其代表目前的电量状态比实际的电量状态还要低，则，先前记录的残余容量(RMprev)将会减掉较小的调整值(Adj_Value)。如此，在电池10的放电过程中，实时调整残余容量(RM)，以使预估出的电池电量状态(SOC)能够更为精准。
回到步骤S203，当处理器11判断电池10的电流(I)大于零时，电池容量的预估程序120将会执行电池充电时的残余容量的计数程序S23。在电池充电时的残余容量的计数程序S23中，以库伦计数法计数电池10所充电的电荷容量而计算出一充电的计数容量(Count_chg)，将先前记录的残余容量(RMprev)加上充电的计数容量(Count_chg)即可取得一新的残余容量(RMnew＝RMprev+Count_chg)。之后，执行完电池充电时的残余容量的计数程序S23后，执行步骤S205，将新的残余容量(RMnew)除以满充电容量(FCC)即可取得一新的电池电量状态(SOCnew)。
又，回到步骤S201，当处理器11判断电池10的电流(I)或平均电流(Iavg)等于零时，电池10处在一未充放电的状态，电池容量的预估程序120将会执行电池静态的残余容量的校正程序S25。如图5所示，在静态的残余容量的校正程序S25中，首先，步骤S251，处理器11利用电压检测电路15检测电池10的电压(VX)，根据于检测出的电压(VX)从查找表121中查询出对照的参考残余容量(RMref)。步骤S253，处理器11判断先前记录的残余容量(RMprev)是否大于参考残余容量(RMref)。若先前记录的残余容量(RMprev)小于参考残余容量(RMref)，不更新残余容量(RMprev)，重新回到步骤S201，处理器11继续判断电池10的电流(I)或平均电流(Iavg)是否为零。反之，若先前记录的残余容量(RMprev)大于参考残余容量(RMref)时，执行步骤S255对于先前记录的残余容量(RMprev)执行至少一次自耗电容量(self-consumptioncapacity)的扣除程序，以取得一新的残余容量(RMnew＝RMprev－Self_con)，之后，步骤S253及S255持续进行，直到新的残余容量(RMnew)小于参考残余容量(RMref)为止。在本发明中，自耗电容量(Self_con)是为一残余容量的自我修正值，其为一小单位的数值，如1mAh或其他数值。当自耗电容量(Self_con)的扣除程序完成后且新的残余容量(RMnew)已小于参考容量(RMref)时，新的残余容量(RMnew)将记录存储单元12中，且重新回到步骤S201，处理器11继续判断电池10的电流(I)或平均电流(Iavg)是否为零。于此，经由多次的自耗电容量(Self_con)校正所记录的残余容量(RMnew)，以使所记录的残余容量(RMnew)能够逐渐接近于查找表121中所对应的参考残余容量(RMref)。之后，执行完静态的残余容量的校正程序S25后，继续执行步骤S205，将新的残余容量(RMnew)除以满充电容量(FCC)即可取得新的电池电量状态(SOCnew)。
此外，本发明一实施例中，尚包括有一满充电容量(FCC)的更新流程，如图6所示。在满充电容量(FCC)的更新流程中，首先，步骤S271，处理器11判断电池10的电压(VX)是否小于或等于电压门槛值(Vth)。电压门槛值(Vth)亦可为截止放电电压(EDV)。若电压(VX)不小于或不等于电压门槛值(Vth)，执行步骤S272，一满充电的更新旗标(FCC_Update_Flag)设定为零，停止满充电容量(FCC)的更新；反之，若电压(VX)小于或等于电压门槛值(Vth)，继续步骤S273，判断电池10的电流(I)是否小于零。若电池10的电流(I)小于零，回到步骤S272，停止满充电容量(FCC)的更新；反之，若电池10的电流(I)不小于零，满充电的更新旗标(FCC_Update_Flag)设定为一，开始执行满充电容量(FCC)的更新程序S28。在满充电容量(FCC)的更新程序S28中，步骤S281，以库伦计数法计数电池10所充电的电荷容量而计算出充电的计数容量(Count_chg)，将先前记录的残余容量(RMprev)加上充电的计数容量(Count_chg)以取得新的残余容量(RMnew＝RMprev+Count_chg)。接着，步骤S282，判断电池10是否已充满电。若电池10已处在充满电的状态，执行步骤S283，新的残余容量(RMnew)更新成为一新的满充电容量(FCCnew＝RMnew)；反之，若电池10尚未满充电，回到步骤S273，判断电池10的电流(I)是否小于零，以决定是否继续执行满充电容量(FCC)的更新程序S28。于此，藉由满充电容量(FCC)的更新，以便能够预估出更精确的电池电量状态(SOC)。
请参阅图7，系表示出本发明预估电池放电时的电量状态曲线及习用技术预估电池放电时的电量状态曲线的示意图。如图7所示，现有技术仅以电压查表法进行电池放电时的电量状态(SOC)的预估，其预估出的结果如曲线303所示，该曲线303为一线性的曲线。再者，仅以电压查表法预估电池放电时的电量状态(SOC)，容易因为大电流的放电或严苛的环境条件而造成电量状态(SOC)预估上的误差。当电池的电量被高估且其电量状态(SOC)处在较低水位时，若继续放电，电量状态(SOC)亦可能直接剧降至0％，例如：在曲线303中，当电池的电量被高估且处在较低的10％电量状态(SOC)时，若电池继续放电，电池的电量状态(SOC)将会从10％瞬间剧降至0％，而造成以电池作为电力的电子设备无预警的停止运作。
本发明以电池容量的预估程序120进行电池放电时的电量状态(SOC)的预估，其预估出的结果如曲线305所示，该曲线305呈现出一抛物线的态样。以图7为例，本发明电池容量的预估程序120将对于失准的残余容量(RM)及电量状态(SOC)进行调整，当电池10的电量状态(SOC)放电至40％以下时，其曲线305上的电量状态(SOC)相较于线性的曲线303上的电量状态(SOC)明显地被调整过。因此，本发明藉由电池容量的预估程序120实时调整电池的电量状态(SOC)，当电池10处在较低的电量状态(SOC)时，若继续放电，电池电量状态(SOC)将不会产生瞬间剧降至0％的情况，例如：电池10在放电的过程中，电量状态(SOC)不会从10％瞬间剧降至0％，致使以增加利用电池10作为电力的电子设备运作上的安全性及稳定性。
以上所述者，仅为本发明的一较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，即凡依本发明权利要求所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求内。

Claims (6)

1.一种电池电量状态的预估方法，其特征在于，所述的电池电量状态的预估方法使用在一具有一电池的电子设备上，步骤包括：
判断所述电池的一电流小于零时执行一电池放电时的残余电量的调整程序；
执行所述电池放电时的残余电量的调整程序的步骤包括：
检测所述电池的一电压；
根据检测出的所述电池的所述电压以从一查找表中查询出一对照的参考电量状态；
将检测出的所述电池的所述电压减去一电压门槛值以取得一电压差；
将一现在的电量状态除以所述电压差以取得一第一斜率；
将所述参考的电量状态除以所述电压差以取得一第二斜率；
将所述第一斜率除以所述第二斜率以取得一调整比例；
以一库伦计数法计数所述电池所放电的一电荷容量以计算出一放电的计数容量；
将所述放电的计数容量乘以所述调整比例以取得一调整值；
将一先前记录的残余容量减去所述调整值以预估出一新的残余容量；
及
将所述新的残余容量除以一满充电容量以预估出一新的电池电量状态。
2.根据权利要求1所述的电池电量状态的预估方法，其特征在于，更包括一满充电容量的更新程序，其步骤包括：
判断所述检测出的所述电池的所述电压是否小于或等于所述电压门槛值；
若所述电池的所述电压小于或等于所述电压门槛值，停止所述更新满充电容量的流程，若所述电池的所述电压不小于或不等于所述电压门槛值，继续判断所述电池的所述电流是否小于零；
若所述电池的所述电流小于零，停止所述更新满充电容量的流程，若所述电池的所述电流不小于零，开始执行所述满充电容量的更新程序；
执行所述满充电容量的更新程序的步骤包括：
以所述库伦计数法计数所述电池所充电的所述电荷容量以计算出一充电的计数容量且将所述先前记录的残余容量加上所述充电的计数容量以取得一新记录的残余容量；及
判断所述电池是否处在一充满电的状态，若是，将所述新记录的残余容量更新为所述满充电容量；若否，回到判断所述电池的所述电流是否小于零的步骤。
3.根据权利要求1所述的电池电量状态的预估方法，其特征在于，更包括下列步骤：
判断所述电池的一电流或一平均电流是否为零；
若所述电池的所述电流或所述平均电流为零，执行一电池静态时的残余容量的校正程序，若所述电池的所述电流或所述平均电流不为零，所述电池正在充电或放电；
执行所述电池静态时的残余容量的校正程序的步骤包括：
检测所述电池的所述电压；
根据检测出所述电池的所述电压以从所述查找表中查询出一对照的参考残余容量；及
判断所述先前记录的残余容量是否大于所述参考残余容量，当所述先前记录的残余容量小于所述参考容量时，重新回到所述判断所述电池的所述电流或所述平均电流是否为零的步骤；当所述先前记录的残余容量大于所述参考残余容量时，对于所述先前记录的残余容量执行至少一次自耗电容量的扣除程序以使所述新记录的残余容量小于所述参考残余容量，当所述自耗电容量的扣除程序完成后，重新回到所述判断所述电池的所述电流或所述平均电流是否为零的步骤。
4.根据权利要求1所述的电池电量状态的预估方法，其特征在于，更包括下列步骤：
判断出所述电池的所述电流大于零时执行一电池充电时的残余容量的计数程序；
执行所述电池充电时的残余容量的计数程序的步骤包括：
以所述库伦计数法计数所述电池所充电的所述电荷容量以计算出一充电的计数容量；
将所述先前记录的残余容量加上所述充电的计数容量以取得所述新的残余容量；及
将所述新的残余容量除以所述满充电容量以预估出所述新的电池电量状态。
5.根据权利要求1所述的电池电量状态的预估方法，其特征在于，所述电压门槛值为一低电量状态所对应的电压或一截止放电电压。
6.根据权利要求3所述的电池电量状态的预估方法，其特征在于，所述查找表为所述电池的所述电压与所述参考电量状态及所述参考残余容量的对照表。
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