CN115966791A - 电池健康管理方法及电池健康管理装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种电池健康管理方法及电池健康管理装置，所述电池健康管理方法包括：对电池执行充放电程序，充放电程序包含多次步阶放电。判断电池的步阶放电次数是否低于门槛值。当步阶放电次数低于门槛值时，提高充放电程序的预期充电电压。当步阶放电次数未低于门槛值，维持预期充电电压。判断预期充电电压是否大于或等于额定充电电压。当预期充电电压大于或等于额定充电电压，依据额定充电电压对电池再执行充放电程序。当预期充电电压小于额定充电电压，依据预期充电电压对电池执行该充放电程序。

Description

电池健康管理方法及电池健康管理装置

技术领域

本申请涉及一种电池管理方法及电池管理装置，特别是涉及一种可提高电池容量的电池健康管理方法及电池健康管理装置。

背景技术

随着人们对电池应用的需求不断增加，对电池容量与寿命也更加重视。图1为已知的不断电系统的电池的电池电压与时间的对应曲线图，如图1所示，首先采用定电流/定电压充电法(CCCV)对将电池进行充电，以使电池电压从初始电压(3.0V)上升至额定电压(4.1V)。在结束定电流/定电压充电之后电池进入静置阶段，电池在静置阶段时，会自行放电，待电池的电池电压经由自行放电由额定电压下降至回充基准电压(3.9V)时，采用定电流/定电压充电法(CCCV)对电池再次充电，以使电池的电池电压从回充基准电压回升至额定电压。

关于电池的健康状态(State of Health；SOH)，是将电池的新品当做100％健康的状态，随着电池循环充放电的使用，电池的容量与性能会逐渐的劣化，所以SOH的预估值就会由100％逐渐下降，最终到SOH＝0％代表完全无法使用。但一般不会等到电池完全无法放电时才更换电池，因此一种SOH的指示方式是当SOH低于一个门槛值，则警示使用者需尽早更换电池。

发明内容

本申请所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提供一种电池健康管理方法，包括：对电池执行充放电程序，充放电程序包含多次步阶放电；判断电池的步阶放电次数是否低于门槛值；当步阶放电次数低于门槛值时，提高充放电程序的预期充电电压；当步阶放电次数未低于门槛值，维持预期充电电压；判断预期充电电压是否大于或等于额定充电电压；当预期充电电压大于或等于额定充电电压，依据额定充电电压对电池再执行充放电程序；以及当预期充电电压小于额定充电电压，依据预期充电电压对该电池再执行充放电程序。

可选地，该充放电程序包含：透过一定电流/定电压充电法对该电池进行充电，以使该电池的一电池电压达到该预期充电电压；以及执行该多次步阶放电以使该电池电压由该预期充电电压下降至一储存电压。

可选地，该步阶放电包含：驱使该电池依据一固定的放电速率进行放电；以及静置该电池使该电池依据一静置放电速率自行放电，其中该固定的放电速率大于该静置放电速率。

可选地，该步阶放电包含：驱使该电池依据一非固定的放电速率进行放电；以及静置该电池使该电池自行放电，其中该非固定的放电速率大于该静置放电速率。

可选地，提高该预期充电电压包含根据一固定的电压增加量提高该预期充电电压。

可选地，提高该预期充电电压包含根据一非固定的电压增加量提高该预期充电电压。

本申请还公开了一种电池健康管理装置，包括：一第一侦测电路，用于侦测一电池的一电池电压及一电池电流；一第二模组，用于侦测该电池的一步阶放电次数；以及一控制器，电性连接于该第一侦测电路、该第二模组及该电池；其中该控制器用于执行一健康管理方法，该健康管理方法包含：对一电池执行一充放电程序，该充放电程序包含多次步阶放电；判断该电池的该步阶放电次数是否低于一门槛值；当该步阶放电次数低于该门槛值，提高该充放电程序的一预期充电电压；当该步阶放电次数未低于该门槛值，维持该预期充电电压；判断该预期充电电压是否大于或等于一额定充电电压；当该预期充电电压大于或等于该额定充电电压，依据该额定充电电压对该电池再执行该充放电程序；以及当该预期充电电压小于该额定充电电压，依据该预期充电电压对该电池再执行该充放电程序。

可选地，该第一侦测电路包含一第一输入端及一第一输出端，该第二模组包含一第二输入端及一第二输出端，该控制器包含一第三输入端、一第四输入端以及一第三输出端，该第一输入端以及该第二输入端分别电性连接于该电池，该第一输出端以及该第二输出端分别电性连接于该第三输入端以及该第四输入端，该第三输出端电性连接于该电池。

可选地，该控制器根据一固定的电压增加量提高该预期充电电压。

可选地，该控制器根据一非固定的电压增加量提高该预期充电电压。

本申请的其中一有益效果在于，经由本申请的电池健康管理方法及电池健康管理装置，每当电池的步阶放电次数低于门槛值时，表示电池当前的健康状态不佳，故透过提高预期充电电压的电压位准，使得电池的步阶放电次数超过门槛值。如此一来，可大幅地增加步阶放电次数高于门槛值的时间，进而提升电池的健康状态。此外，当电池依据大于静置放电速率的预期放电速率进行放电时，更可大幅地减少电池电压由预期充电电压下降至储存电压所需的时间。如此一来，电池的电池电压处于高于储存电压的时间大幅缩短，还可达到延缓电池老化的目的。

为使能更进一步了解本申请的特征及技术内容，请参阅以下有关本申请的详细说明与图式，然而所提供的图式仅用于提供参考与说明，并非用来对本申请加以限制。

附图说明

图1为已知的不断电系统的电池的电池电压与时间的对应曲线图。

图2为本申请一实施例的电池健康管理装置的功能方块图。

图3为本申请第一实施例的电池健康管理方法的流程图。

图4A为基于图3的电池健康管理方法的电池电压与时间的关系图。

图4B为对应于图4A的电池健康状态与时间的关系图。

图5为本申请第二实施例的电池健康管理方法的流程图。

图6为本申请第三实施例的电池健康管理方法的流程图。

图7为本申请第四实施例的电池健康管理方法的流程图。

具体实施方式

以下是通过特定的具体实施例来说明本申请所提供有关“电池健康管理方法及电池健康管理装置”的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所提供的内容了解本申请的优点与效果。本申请可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本申请的构思下进行各种修改与变更。另外，本申请的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本申请的相关技术内容，但所提供的内容并非用以限制本申请的保护范围。

应当可以理解的是，虽然本文中可能会使用到“第一”、“第二”、“第三”等术语来描述各种组件或者信号，但这些组件或者信号不应受这些术语的限制。这些术语主要是用以区分一组件与另一组件，或者一信号与另一信号。另外，本文中所使用的术语“或”，应视实际情况可能包含相关联的列出项目中的任一个或者多个的组合。

电池的健康状态(State of Health；SOH)将随着充放电次数的增加而持续地下降，而电池的步阶放电次数可反应当前的电池的健康状态。因此，当电池的步阶放电次数低于门槛值时，表示电池的健康状态不佳而难以正常使用。此时，必须将充放电程序中的预期充电电压的电压位准提高，并根据提高后的预期充电电压对电池进行充放电程序。如此一来，可提高电池的步阶放电次数使其超过门槛值。当预期充电电压经过数次的提升后而大于额定充电电压时，依据额定充电电压对电池执行充放电程序。

[第一实施例]

图2为本申请一实施例提供的电池健康管理装置的功能方块图。如图2所示，电池健康管理装置A包括一第一侦测电路1、一第二模组2以及一控制器3，第一侦测电路1包含一第一输入端11以及一第一输出端12，第一侦测电路1的第一输入端11电性连接于一电池B，以便侦测电池B的电池电压以及电池电流。第二模组2包含一第二输入端21以及一第二输出端22，第二模组2的第二输入端21电性连接于电池B，以便侦测电池B的步阶放电次数。控制器3包含一第三输入端31、一第四输入端32以及一第三输出端33。控制器3的第三输入端31以及第四输入端32分别电性连接于第一侦测电路1的第一输出端12以及第二模组2的第二输出端22，藉此，控制器3取得电池B的电池电压、电池电流以及步阶放电次数。控制器3的第三输出端33电性连接于电池B且依据电池B的电池电压、电池电流以及步阶放电次数对电池B执行电池健康管理方法，而电池健康管理方法将于图3阐述。

具体而言，电池健康管理装置A所适用于电池B的种类并不受限，电池B例如可为不断电系统的电池或者燃料电池。电池健康管理装置A的控制器3的种类并不受限，控制器3例如可为微处理器(Microprocessor)或数位信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)等或其他类似装置或这些装置的组合。此外，第一侦测电路1、第二模组2及控制器3可整合于同一晶片或者分别为三个不同晶片。

关于电池健康管理装置A之其他实施例，第一侦测电路1还设有第一无线通讯模组，第二模组2还设有一第二无线通讯模组，而控制器3还设有一第三无线通讯模组。第一无线通讯模组以及第二无线通讯模组分别与第三无线通讯模组通讯连接，藉此，控制器3可取得第一侦测电路1所侦测到的电池电压及电池电流以及第二模组2所侦测到的步阶放电次数。

图3为本申请第一实施例的电池健康管理方法的流程图。如图3所示，在步骤S301，采用定电流/定电压充电法(CC/CV)对电池B充电，使电池B的电池电压达到预期充电电压。关于定电流/定电压充电法，先透过定电流对电池B持续进行充电，直到电池B的电池电压达到预期充电电压为止。接着，依据定电压对电池B充电，以使电池B的电池电压维持于预期充电电压充电，直到电池的电池电流降至截止充电电流为止。

在步骤S303，在结束定电流/定电压充电法之后，驱动电池B依序执行多次步阶放电，以使电池电压由该预期充电电压下降至储存电压，而每一次步阶放电包含电池B依据固定的预期放电速率放电以及依据静置放电速率放电。此外，固定的预期放电速率大于静置放电速率。详言之，步骤S303的步阶放电包含第一子步骤以及接续于第一子步骤的第二子步骤，第一子步骤系驱使电池B依据一预期定电流进行放电。第二子步骤系进入静置阶段的电池B依据静置放电速率放电。上述的步骤S301至步骤S303为电池B执行一次充放电程序。

在步骤S305，判断电池B的步阶放电次数是否低于门槛值。当确认电池B的步阶放电次数低于门槛值(例如14次)，执行步骤S307。详言之，电池的健康状态(SOH)会随着电池B的充放电次数的增加而逐渐地降低，而电池的健康状态的降低也使得电池B的步阶放电次数减少。因此，电池B的步阶放电次数可反应出电池B的健康状态，电池B的步阶放电次数越少时，表示电池B的健康状态越差。当电池B的步阶放电次数低于门槛值时，表示此时电池B的可供电时间大幅降低，难以正常的使用。

在步骤S307，依据固定的电压增加量提高预期充电电压。举例来说，每一次提高预期充电电压时，所提高的电压增加量均为0.05V。当确认电池B的步阶放电次数未低于预设次数门槛，执行步骤S309。在步骤S309，维持预期充电电压，接着返回步骤S301。

在步骤S311，判断充放电程序的预期充电电压是否大于或等于额定充电电压。当确认充放电程序的预期充电电压大于或等于额定充电电压，执行步骤S313。在步骤S313，设定额定充电电压为预期充电电压，接着返回步骤S301。当确认电池B的预期充电电压小于额定充电电压，接着返回步骤S301。

图3的电池健康管理方法例如可透过图2的电池健康管理装置A来执行，但不以此为限。详言之，步骤S301、步骤S303的步阶放电的第一子步骤以及步骤S305～S313可由电池健康管理装置A的控制器3来执行。

为了能更清楚理解图3所提出的电池健康管理方法，以下举例说明。图4A为基于图3的电池健康管理方法的电池电压与时间的关系图，而图4B为对应图4A的电池健康状态与时间的关系图。共同参阅图4A及图4B，在时间点T0至时间点T1之间，采用定电流/定电压充电法对电池进行充电，其中充电电流为1A，截止充电电流为0.1A，而初始的预期充电电压为4.0V。在时间点T1至时间点T2之间，电池B共执行了20次的步阶放电，而在时间点T2时，电池电压已从预期充电电压下降至储存电压为止，而储存电压为3.9V。

在时间点T3至时间点T4之间，电池B执行步阶放电的次数为14次，已低于步阶放电次数的门槛值(15次)，所以下一次对电池B进行充电时，必须提高预期充电电压。从时间点T0至时间点T4，电池B的健康状态从100％持续下降至70％。在时间点T4时，电池B的健康状态已低于健康状态的门槛值(75％)。

在时间点T4至时间点T5之间，亦采用定电流/定电压充电法对电池B进行充电，差异在于预期充电电压已由4.0V改为4.05V。在时间点T5至时间点T6之间，电池B执行步阶放电的次数为16次而无法恢复至20次，表示电池B因为多次的充放电的原因，使得电池B目前的健康状态已劣于电池B初始的健康状态。

在时间点T7至时间点T8之间，电池B执行步阶放电的次数为14次，已低于步阶放电次数的门槛值(15次)，所以下一次对电池B进行充电时，必须再次提高预期充电电压。从时间点T4至时间点T8，电池B的健康状态从85％持续下降至70％。在时间点T8时，电池B的健康状态已低于健康状态的门槛值(75％)。

在时间点T8至时间点T9之间，亦采用定电流/定电压充电法对电池B进行充电，差异在于预期充电电压已由4.05V改为4.10V。在时间点T9至时间点T10之间，电池B执行步阶放电的次数为16次而无法恢复至20次，表示电池B因为多次的充放电的原因，使得电池B目前的健康状态已劣于电池B初始的健康状态。此外，由于预期充电电压已达到额定充电电压(4.1V)，故随后都依据额定充电电压对电池B进行充电。

[第二实施例]

图5为本申请第二实施例的电池健康管理方法的流程图。图5的第二实施例的电池健康管理方法相较于图3的第一实施例的电池健康管理方法，其主要差异在于在每一次执行步阶放电时，驱使电池B依据非固定的预期放电速率进行放电，在驱使电池B依据非固定的预期放电速率进行放电之后，电池B进入静置阶段，而图5的详细步骤如下所述。

在步骤S501，采用定电流/定电压充电法(CC/CV)对电池B充电，使电池B的电池电压达到预期充电电压。在步骤S503，在结束定电流/定电压充电法之后，驱动电池B依序执行多次步阶放电，以使电池电压由该预期充电电压下降至储存电压。每一次步阶放电包含电池B依据非固定的预期放电速率放电以及依据静置放电速率放电。此外，非固定的预期放电速率大于静置放电速率。详言之，步骤S503的步阶放电包含第一子步骤以及接续于第一子步骤之后的第二子步骤，其中第一子步骤系驱使电池B以非固定的电流进行放电，意即电池B的放电电流非固定值，举例来说，电池B的放电电流可随着时间持续递增或者随着时间持续递减。第二子步骤系进入静置阶段的电池B依据静置放电速率放电。上述的步骤S501至步骤S503为电池B执行一次充放电程序。

在步骤S505，判断电池B的步阶放电次数是否低于门槛值。当确认电池B的步阶放电次数低于门槛值，执行步骤S507。在步骤S507，依据固定的电压增加量提高预期充电电压。当确认电池B的步阶放电次数未低于预设次数门槛，执行步骤S509。在步骤S509，维持预期充电电压，接着返回步骤S501。

在步骤S511，判断充放电程序的预期充电电压是否大于或等于额定充电电压。当确认充放电程序的预期充电电压大于或等于额定充电电压，执行步骤S513。在步骤S513，设定额定充电电压为预期充电电压，接着返回步骤S501。当确认电池B的预期充电电压小于额定充电电压，接着返回步骤S501。

图5的电池健康管理方法例如可透过图2的电池健康管理装置A来执行，但不以此为限。详言之，步骤S501、步骤S503的步阶放电的第一子步骤以及步骤S505～S513例如可由电池健康管理装置A的控制器3来执行。

[第三实施例]

图6为本申请第三实施例的电池健康管理方法的流程图。图6的第三实施例的电池健康管理方法相较于图3的第一实施例的电池健康管理方法，其主要差异在于当确认电池B的步阶放电次数低于门槛值，依据非固定的电压增加量提高预期充电电压。举例来说，第一次提高预期充电电压时，所提高的电压增加量为0.01V，而在第二次提高预期充电电压时，所提高的电压增加量由0.01V改为0.02V，而图6的详细步骤如下所述。

在步骤S601，采用定电流/定电压充电法(CC/CV)对电池B充电，使电池B的电池电压达到预期充电电压。在步骤S603，在结束定电流/定电压充电法之后，驱动电池B依序执行多次步阶放电，以使电池电压由该预期充电电压下降至储存电压。每一次步阶放电包含电池B依据固定的预期放电速率放电以及依据静置放电速率放电。详言之，步阶放电包含第一子步骤以及接续于第一子步骤之后的第二子步骤，其中第一子步骤系为驱使电池B依据定电流进行放电，而第二子步骤进入静置阶段的电池B依据静置放电速率放电。上述的步骤S601至步骤S603为电池B执行一次充放电程序。

在步骤S605，判断电池B的步阶放电次数是否低于门槛值。当确认电池B的步阶放电次数低于门槛值，执行步骤S607。在步骤S607，依据非固定的电压增加量提高预期充电电压。当确认电池B的步阶放电次数未低于预设次数门槛，执行步骤S609。在步骤S609，维持预期充电电压，接着返回步骤S601。

在步骤S611，判断充放电程序的预期充电电压是否大于或等于额定充电电压。当确认充放电程序的预期充电电压大于或等于额定充电电压，执行步骤S613。在步骤S613，设定额定充电电压为预期充电电压，接着返回步骤S601。当确认电池B的预期充电电压小于额定充电电压，接着返回步骤S601。

图6的电池健康管理方法例如可透过图2的电池健康管理装置A来执行，但不以此为限。详言之，步骤S601、步骤S603的步阶放电的第一子步骤以及步骤S605～S613例如可由电池健康管理装置A的控制器3来执行。

[第四实施例]

图7为本申请第四实施例的电池健康管理方法的流程图。图7的第四实施例的电池健康管理方法相较于图3的第一实施例的电池健康管理方法，其主要差异在于在每一次执行步阶放电时，驱使电池B依据非固定的预期放电速率进行放电，在驱使电池B依据非固定的预期放电速率进行放电之后，电池B进入静置阶段。当确认电池B的步阶放电次数低于门槛值，依据非固定的电压增加量提高预期充电电压，而图7的详细步骤如下所述。

在步骤S701，采用定电流/定电压充电法(CC/CV)对电池B充电，使电池B的电池电压达到预期充电电压。在步骤S703，在结束定电流/定电压充电法之后，驱动电池B依序执行多次步阶放电，以使电池电压由该预期充电电压下降至储存电压。每一次步阶放电包含电池B依据非固定的预期放电速率放电以及依据静置放电速率放电。此外，非固定的预期放电速率大于静置放电速率。详言之，步阶放电包含第一子步骤以及接续于第一子步骤之后的第二子步骤，其中第一子步骤系驱使电池B依据非固定的电流进行放电，而第二子步骤系进入静置阶段的电池B依据静置放电速率进行放电。上述的步骤S701至步骤S703为电池B执行一次充放电程序。

在步骤S705，判断电池B的步阶放电次数是否低于门槛值。当确认电池B的步阶放电次数低于门槛值，执行步骤S707。在步骤S707，依据非固定的电压增加量提高预期充电电压。当确认电池B的步阶放电次数未低于预设次数门槛，执行步骤S709。在步骤S709，维持预期充电电压，接着返回步骤S701。

在步骤S711，判断充放电程序的预期充电电压是否大于或等于额定充电电压。当确认充放电程序的预期充电电压大于或等于额定充电电压，执行步骤S713。在步骤S713，设定额定充电电压为预期充电电压，接着返回步骤S701。当确认电池B的预期充电电压小于额定充电电压，接着返回步骤S701。

图7的电池健康管理方法例如可透过图2的电池健康管理装置A来执行，但不以此为限。详言之，步骤S701、步骤S703的步阶放电的第一子步骤以及步骤S705～S713例如可由电池健康管理装置A的控制器3来执行。

[实施例的有益效果]

本申请的其中一有益效果在于，经由本申请的电池健康管理方法与电池健康管理装置，每当电池的步阶放电次数低于门槛值时，表示电池当前的健康状态不佳，故透过提高预期充电电压的电压位准，使得电池的步阶放电次数超过门槛值。如此一来，可大幅地增加步阶放电次数高于门槛值的时间，进而提升电池的健康状态。此外，当电池依据大于静置放电速率的预期放电速率进行放电时，更可大幅地减少电池电压由预期充电电压下降至储存电压所需的时间。如此一来，电池的电池电压处于高于储存电压的时间大幅缩短，还可达到延缓电池老化的目的。

以上所提供的内容仅为本申请的优选可行实施例，并非因此局限本申请的申请专利范围，所以凡是运用本申请说明书及图式内容所做的等效技术变化，均包含于本申请的申请专利范围内。

Claims (10)

1.一种电池健康管理方法，其特征在于，包括：

对一电池执行一充放电程序，该充放电程序包含多次步阶放电；

判断该电池的一步阶放电次数是否低于一门槛值；

当该步阶放电次数低于该门槛值时，提高该充放电程序的一预期充电电压；

当该步阶放电次数未低于该门槛值，维持该预期充电电压；

判断该预期充电电压是否大于或等于一额定充电电压；

当该预期充电电压大于或等于该额定充电电压，依据该额定充电电压对该电池再执行该充放电程序；以及

当该预期充电电压小于该额定充电电压，依据该预期充电电压对该电池再执行该充放电程序。

2.如权利要求1所述的电池健康管理方法，其特征在于，该充放电程序包含：透过一定电流/定电压充电法对该电池进行充电，以使该电池的一电池电压达到该预期充电电压；以及执行该多次步阶放电以使该电池电压由该预期充电电压下降至一储存电压。

3.如权利要求2所述的电池健康管理方法，其特征在于，该步阶放电包含：驱使该电池依据一固定的放电速率进行放电；以及静置该电池使该电池依据一静置放电速率自行放电，其中该固定的放电速率大于该静置放电速率。

4.如权利要求2所述的电池健康管理方法，其特征在于，该步阶放电包含：驱使该电池依据一非固定的放电速率进行放电；以及静置该电池使该电池自行放电，其中该非固定的放电速率大于该静置放电速率。

5.如权利要求1所述的电池健康管理方法，其特征在于，提高该预期充电电压包含根据一固定的电压增加量提高该预期充电电压。

6.如权利要求1所述的电池健康管理方法，其特征在于，提高该预期充电电压包含根据一非固定的电压增加量提高该预期充电电压。

7.一种电池健康管理装置，其特征在于，包括：

一第一侦测电路，用于侦测一电池的一电池电压及一电池电流；

一第二模组，用于侦测该电池的一步阶放电次数；以及

一控制器，电性连接于该第一侦测电路、该第二模组及该电池；

其中该控制器用于执行一健康管理方法，该健康管理方法包含：

对一电池执行一充放电程序，该充放电程序包含多次步阶放电；

判断该电池的该步阶放电次数是否低于一门槛值；

当该步阶放电次数低于该门槛值，提高该充放电程序的一预期充电电压；

当该步阶放电次数未低于该门槛值，维持该预期充电电压；

判断该预期充电电压是否大于或等于一额定充电电压；

当该预期充电电压大于或等于该额定充电电压，依据该额定充电电压对该电池再执行该充放电程序；以及

当该预期充电电压小于该额定充电电压，依据该预期充电电压对该电池再执行该充放电程序。

8.如权利要求7所述的电池健康管理装置，其特征在于，该第一侦测电路包含一第一输入端及一第一输出端，该第二模组包含一第二输入端及一第二输出端，该控制器包含一第三输入端、一第四输入端以及一第三输出端，该第一输入端以及该第二输入端分别电性连接于该电池，该第一输出端以及该第二输出端分别电性连接于该第三输入端以及该第四输入端，该第三输出端电性连接于该电池。

9.如权利要求7所述的电池健康管理装置，其特征在于，该控制器根据一固定的电压增加量提高该预期充电电压。

10.如权利要求7所述的电池健康管理装置，其特征在于，该控制器根据一非固定的电压增加量提高该预期充电电压。

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