TW200928404A - Battery performance monitor - Google Patents

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Description

200928404 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明-般期魏電錄關領域，尤其相_如機 船舶應时，在蓄電騎到各制叙再充電餐約束的環境中 5使用電池的充電狀態及健康狀態的評估。 【先前技術】 1.概述 大眾運輸車輛、商时車、軍収備、船舶、錢、電傳設備、 電氣車輛、電腦減及其他許多裝置的安全及可靠操作，需要整合在 10該等线中的電池具備可賴及可#的性能。本發_關電池監:設 備，尤其相關用以監控一或多個電池狀況的方法及裝置，尤其用以不 • 斷地監控一或多個電池在使用中的性能特徵。 過去，監控此類應用中所用電池的狀況有所_。此項_的一 方面相關與電池系統相關聯的許多變數，包括動態及不可預期的工作 15週期、負載、環境、連接、充電系统、電池年齡、電池與電池的互動 Φ #除了與監控$此類變數約束的電池系難關聯的困難外，在許多 應用中方便地安裝-監控祕亦有困難。此曝相關該（或該等）電池 位置與操作者位置相隔甚遠。例如，在一汽車中，該電池可位在引擎 至内’而受惠於電池性能資訊的駕敬員（或該系統)則位在座艙内，此 20出現-接線問題’尤其若此一系統安裝於一先存在的車輛中 。困難也 與區分一恰好放電的良好狀況電池與一到達或接近使用壽命終點的電 池相關聯。最後，電池是使用在要求不同監控技術的不同環境中；更 特定地，監控需要在短時間吸引高電流的引擎啟動服務中使用的電 池，與通常在較長時間吸引較少電流的"深週期"應用中使用的電池， 200928404 適用不同技術。 =特定地，在許多電池應財，例如，汽車及船_，車輛系 統及駕敬貝了解電池的充電狀態（"soc”)(有時稱為充電程度)及電池 5 的健康狀態("SOH")(有時稱為電池壽命)是有用且重要的。說常以 百分比表示，以便在剛％ S〇C的電池視為完全充電，及在0% 默的電池視為完全放電。隨亦通常以百分比表示，以便將呈現 麵隨的電池視為新電池，及在〇% s〇h的電池已達其有用壽 命終點，僅能在完全充賴存是新電池時龍儲魏量的-部 常設定在60%)。 1〇尤其地，通稱為止起式車輛的一類汽車例如當該車輛遇紅綠燈減 速或休止時自動關掉引擎。當車輛關掉引擎休止時，頭燈、空調、媒 •體設備等射車«、統是由電池供電。«駛想加速時，^自動命 令引擎啟動’以便車輛能繼續行駛。此類車_中的自動引擎控制系統 (ECS)因該系統必須-直確保電池中仍有足夠能量以啟動引擎因此 15需要極準確的SOC資訊。基於SOC資訊，ECS若判定仍有足夠電 © 池能量，則將容許自動關閉引擎。同樣地，若SOC下降到一預設臨 限值以下，即使駕駛未曾應用加速器，為將電池充電，Ecs亦會命 令引擎啟動。 SOH資訊亦重要，主要是當電池達到其有用壽命終點時便於容 20許前攝地更換電池，而非正在使用車輛時電池不便地故障。更特定 地，SOH測量電池儲存能量的能力，其隨著電池年齡而減低。電池 的SOH是藉由該電池在完全充電時能儲存的能量與是新電池時可儲 存的能量相比較而得出。例如，具有100安培-小時(Ah)容量的新電 池當完全充電時僅能储存60Ah的能量時，可視為已達壽命終點 6 200928404 (SOH = 0%) 〇 因此’為-起止式車輛(及其他許多電池應財）的適當操作，必 j準確地才估SOH及SOC以確保電池__直包含足夠能量以適當作用 在該系統中。 5 2.專用術語 電池的不同部分及相關工業以不同方式使用相同術語，尤其是” 容量"；定義數個術語如下，以便清楚了解本發明。 ❹ 目引能力（Ca )電池在任一已知時間所儲存能量的度量。 最大能力（Cm )電池在其整個壽命期間的任-點可儲存最 10 大能量的度量。 有效能力（"Ce")--電池在其壽命中的-已知點可儲存最大能量 ' 的度量。 ' 生命終點能力（"Ceol") 電池在其有用壽命終點可儲存能量的 度量。 15 因此，當一電池在高峰狀況中（通常是剛使用不久，如以下的討 © 論)及完全充電時’其目前能力Ca等於其有效能力Ce，及此有效能 力等於其最大能力Cm。 隨著時間經過，一電池的有效能力Ce相對於其最大能力Cm而 減少；Ce與Cm的關係稱為電池的健康狀態（"SOH")。當一電池的 20有效能力Ce等於其生命終點能力Ceol時即視為超出使用期限。 Ceol可隨意地設定，如設定成0.6 Cm。為以百分比表示SOH，以便 當 Ce = Cm 時 SOH = 100%，當 Ce = Ceol 時 SOH = 〇〇/〇，因此 Ce -Ceol 除以 Cm - Ceol 及乘以 100。 在任一已知時間，一電池可部分地放電，以便其目前能力Ca有 200928404 點小於其有效能力Ce ; Ce與Ca的關係稱為電池的充電狀熊 ("SOC”）。如上述，SOC可由Ca/Ce X 100以百分比表示。 3.先前技藝說明 電池測試的領域已極為活躍，且已研發出許多不同技術用以評估 5 一電池狀況的各種方面。為說明各種解決方法的缺點，首先將此藝採 用的主要解決方法簡短分類如下，以便可立即明白在本發明較佳實施 例中所使用電池評估技術的有利點。 0 用以評估一電池狀況各種不同方面的傳統方法包括： 1.建立一預設預期電壓放電曲線以用於該電池，測量電池電極 10端子之間的電壓，及比較測量的電壓與預設電壓放電曲線，用以判定 電池的充電狀態(SOC)。此稱為"電壓感測”。 • 2.施加一重負載到該電池，及測量橫跨其電極端子的電壓降。 . 此方法稱為"負載測試"。 3. 建立一參考點以用於一電池中儲存的能量，測量隨著時間經 15 過流進流出電池的電流，通常藉由測量橫跨一分流電阻或線圈的電壓 φ 降，及接著與該參考點比較而估計出總剩餘能量。此方法常稱為"庫 侖計數"或"電流積分"，通常使用一” VIT(電壓-電流-溫度）感測器"執 行此方法。 4. 藉由施加一時變小幅度交流電(AC)信號到一電池一段時間以 20測量該電池的"動態電導"，及測量該電壓響應，及接著基於測量結果 計算該電池的"動態電導"；可參考橫跨該電池的電壓以校正此值，採 用此值表示該電池充電狀態。參閲Champlin的美國專利號 3,909,708 及 4,912,416。 以上首先提到的電壓感測方法有許多缺點。首先’每一電池型號 200928404 的電壓曲線是唯一的，因此該參考曲線必須特定地匹配到單一電池型 號。第二’實際放電剖析曲線隨著電池年齡而改變。第三，放電剖析 曲線是基於負載大小而改變。最後，測量的電壓將重大地受到應用到 該電池的負載（或充電器）的影響。例如，應用大負載的一完全充電電 5池將顯示一低電壓，以致將誤認為該電池在放電。 以上在第二點說明的"負載測試"方法，通常實施在先前技藝中， 除了其他缺點外，尚有需要自電池吸引重大電流、干擾測量準確度與 放電及可能損壞電池的缺點。 以上在第二點提到的電流分流、"VIT”，或"庫侖計數，，方法亦有 10許多缺點。更重要地，此方法未直接測量電池中的能量位準，而僅監 控進出電池的能量流動，及使用此資料以測量與一預錄參考值的背 離。即使經過數個放電/再充電週期，由於無法測量或準確估計電池 充電及放電的相關聯無效率，作為結果的能力估計大幅且迅速地漂離 電池中的實際能量。實施此方法的裝置亦巨大且笨重，難以安裝及連 15 接。 更特定地，上述”止起式"車輛需要極準確有關其電池s〇c的資 訊，已使用VIT感測器來努力。如上述，VIT感測器測量流進流出 電池的電流，通常藉由測量橫跨—高度準私流電阻的錢降，同時 亦測量溫度。此資料傳送到車輛電腦或由該感測器分析，及藉由稱為 電流積分或庫侖計數的過程來評估s〇c。為達成有用的咖結果， 該感測器或車輛f腦賴包括大量㈣該電池及電池江如何充電°放電 的細節。需要此細節是因必須—直調整電流積分的結果以用於對電池 中储存能量具大衝擊的數_子，但電流感測器無法測量該等因子。 此類因子可包括電池尺寸、溫度敏感度、速率能力及其_子。即使 200928404 具有此類細節，隨著時間經過VIT感測器及電流積分過程内在地容 易累積誤差。雖然VIT感測器在一測量週期的開始可提供高度準確 SOC標不，但誤差累積且在10或20個放電週期後誤差會變大，且 常隨著電池年齡而變糟。 5 除了容易累積誤差的問題外，因校正演算法的特定本質，不可能 單純地將一 VIT感測器應用在任何應用中的任一電決，及期望取得 有用的SOC或SOH資訊。此等缺點使VIT感測器技術限制到感測 〇 器已程式化的極特定應用中。此等限制對提供具許多不同電池的許多 設備型號的汽車製造商及其他設備製造商形成問題，此外，顧客會以 10許多不同方式使用產品，及可相關感測器校準成以修配薇可取得的不 同電池型號作用而更換該電池。在各情況中，VIT技術是無法準確地 測量SOC。 • 以上最後提到的"AC信號"或"動態電導"方法亦有重大缺點。最 重大的缺點是，當電池在使用中時，將常連接到數個負載或充電器， 15產生雜訊或具有對施加AC信號作出反應的成分。因此，測量的電壓 © 響應將包括與連接到該電池的裝置元件相關聯的重大扭曲。此缺點令 此方法極難在正使用一電池時，用以準確地判定該電池的狀況。 先前技藝包括許多指向電池監控及評估的專利。數個示範解決方 法揭露如下： 2〇 Tsuju的美國專利號6,072,300相關於一大電池組的個別電池的 特徵。由電池電壓估計出内部電阻。參閱第5欄第32至38行。
Fakruddin的美國專利號5,027,294亦基於電壓測量指出電池狀 況的特徵。
Arai的美國專利號6,201，373說明用以測量一電池充電狀態 200928404 (SOC)的一電路，但自身並非一電池狀況評估元件。電壓及電流皆加 以取樣。
Hirzel的美國專利號5,381，〇96亦相關於S0C測量。 • Satake的美國專利號6,531，875教示基於一連串測量的推斷以評 5 估一電池的開放電路電壓。
Disser等人的美國專利公開號2003/0067221 A1說明用於汽車 的電壓調節器電路結構。 0 Yokoo的美國專利號5 828 218說明一估計方法，用以基於一電 池放電期間的放電電流及電壓以估計該電池的殘餘容量。 10 Munson的美國專利號5,900,734說明一電池監控系統’其中該 電池電壓與一固定參考值比較，當該電池電壓小於該參考值時提供一 • 警示。
Bramwe11的美國專利號5,721,688及6,097,193討論各種測量 一電池内部電阻及/或阻抗的方法，包括施加一小AC信號到該電 15池’及使用一惠斯通(Wheatstone)橋接器或相等物以測量内部電阻’ 〇 參閱第1攔第4〇至48行。BramweU主張的方法包括，當車輛不動 時’每隔一段時間藉由自一電池發出或消除的一已知量電流以測量該 電池阻抗的數個步驟。
Turner等人的美國專利號6,249，1〇6說明用以防止一電池放電超 20出一預設點的電路。Yorksie等人的美國專利號3,852,732指向同一 目的。Finger等人的美國專利號4193 〇26指向測量一電池的 s〇C ’是藉由將一表示該電極端子電壓減少的信號積分運算到一臨限 值以下。
Reher等人的美國專利號5，13〇,699說明用以監控一電池的裝 11 200928404 置’其藉由每隔一定時間測量電極端子電壓，比較測量值與一預設 值及依贫結果而在一移位暫存器中設定一旗標以監控該電池。當一 預没數量的旗標指示一電壓不足狀況時提供—警示。 , Sato #人的美國專利號5呢，揭歸由測量—預設電流放電 5期間的電壓’或藉由測量在—預設電齡電期間的電流，以判定一電 池的内部阻抗。
Slepian的美國專利號5,764,469說明當電池電壓下降到一預設 Q 位準以下時中斷一車輛的電子設備。
Goll〇mp等人的美國專利號6,424，157論及由開放電路電壓 10 (〇CV)測量電池S0C的困難，原因是此測量需要斷開該電池的連 接。Gollomp反而教示靜止電壓(QV)的監控，如在車輛不動時每隔 30分鐘測量一次，參閱第9欄第18至5〇行。當Qv下降到一預設 - 點以下時可提供一警示信息’參閱第11欄第28至39行。Gollomp 亦教示引擎啟動期間電壓及電流的監控（參閱第6圖）。此資料儲存在 15 °己隐體中，參閱第12攔第48至50行，及用以判定内部電阻(IR)及 ® 偏極電阻(pR)。Gollomp亦教示隨著時間經過監控SOC及QV以判 定電池何時將無法啟動汽車，參閱第3圖，第14欄第22行至第16 欄第36行。Gollomp亦教示儲存電池的第一個IR值，或某一後續 值以用於"未來使用"，如隨著時間經過判定IR變化。同樣隨著時間 20經過監控PR，參閱第17攔第12行至第18欄第35行。該結果是為 初發電池故障或與連接等相關的某問題提供警告。在連續啟動期間可 監控此等資料，參閱申請專利範圍第1項。
Kxhao的美國專利號5,751，217說明用以估計電池阻抗的方法及 電路，其表明僅適用於完全充電的電池，參閱第3攔第49至55行 12 200928404 及第4攔第12行，及其意欲合併到一電池充電器中。相較之下，本 發明的裝置未侷限於完全充電的電池，及可合乎經濟地作為一獨立式 單元或安裝在一車輛中。 如上述，亦習知由一電池"動態電導"（意即其内部，，動態電阻，，的 5倒數）的測量以評估該電池的狀況，藉由施加一時變小幅度AC俨號 到該電池-段時間及測量魏壓響應，及接著基於該響應而計算該電 池的"動態電導此值可參考橫跨該電池的電壓加以校正，採用該值 φ 表示電池的充電狀態。參閱Champlin的美國專利號3 9〇9 7〇8及 4,912,416。然而，此方法並不適合在一般有電子”雜訊，，的汽車環境 10中測量在使用的一電池的動態電導。
Bertness的美國專利號6,633，165藉由監控一電池的數個特定參 • 數，以解決一電池的'，健康不穩狀態"及"健康保留狀態"的測量，根據 - 上述Champlin專利所測量的動態電導明顯較佳。 本發明人之一的Huang的美國專利號6,791 464，該文件以引用 15方式併入本文中，說明一機動車輛電池狀況的評估，是藉由在該啟動 © 器提供大量負載時，監控啟動期間橫跨該電池的電壓。在啟動期間達 到的最小電壓可與一預設值比較以評估該電池的狀況。 美國專利號6,704,629的發明人亦是Huang，該文件亦以引用方 式併入本文中。根據Huang的’629專利中揭示的方法，其可視為上 20述習知"負載測試"技術的改進，一較大已知負載在一極短時間施加到 一電池。測量與該極短瞬間負載相關聯的電壓變化及電流流量。自施 加該已知負載期間的電壓變化及電流流量可直接算出該電池的直流 (DC)内部電阻。因該DC内部電阻與該電池内剩餘能量直接相關， 因此此方法直接測量電池能力。此方法亦排除與連接的設備相關聯的 13 200928404 雜訊失真效應’及因此比AC信號方法更大大有用。 共同讓渡的美國專利號7,212,006的發明人亦是Huang，此參考 文件亦以引用方式併入本文中，該專利相關於藉由測量一電池内部電 阻(IR)以監控該電池狀況的方法及裝置。該方法涉及測量橫跨該電池 5的無負載電壓及一已知負載，連接該負載，測量該負載電壓，及基於 測量結果以判定IR。該方法能測量一電池安裝在一操作上的車輛時 的内部電阻，意即，不管一方面存在電荷來源如交流發電機，及另一 方面存在負載。 共同讓渡申請中的美國專利申請案序號U/984,669，名稱為”藉 10由測量一電池内部電阻以監控該電池狀況之方法及裝置"，此參考文 件以引用方式併入本文中，發明人亦是Huang，該專利申請案說明 相關專利號7,212,006中揭示以評估一電池IR的技術的進一步改 良。此方法涉及連接橫跨該電池的不同已知負載，測量該負載及數個 電池電壓，及藉此判定IR。本文中揭露的一些方法及儀器需要測量 15 一電池在充電期間及充電後的IR，較佳利用美國專利申請案序號 Ο 11/984,669中揭示的技術來實施該測量，以下將詳加討論。 【發明内容】 如上述，用於電池評估的現有技術及設備仍有許多可改進的部 分。 20 因此’本發明的一目的為提供一種低成本電池監控器，其可立即 使一現有車輛改型翻新，及能將電池狀態資訊通訊給例如駕駛員，或 通訊到一遠距位置如一車隊經理的辦公室等，以使前攝式測量能在需 要時採用。 本發明的另一目的為提供一種儀器以提供用於SOC的一準確 200928404 值，該儀器為自行校準式，以便不易如長期漂移的影響。本發明的 再-目的為提供能”自行學習"該電池特性的此一儀器，避免安裝時必 須輸入該電池特性。 本發明的另-目的為提供此-種可另外提供一電池獅標示的 5儀器，以便可預測初發電池故障及藉以避免。 本發明的另-目的為提供-種用以判定一電池随的儀器，其 將提供該電池狀況的-準確評估，無關乎該電池的s〇c，及不需手 〇 動輸人類似規格的-較新電池的額定概以用於比較，此—儀器在評 估用過的電池以用於保證聲明或類似情形時最有用。 ίο 本發明的另一目的為提供一，，智慧型"電池充電器，意即，能準確 評估-電池狀況的電池充電器，赠此調整該等充電參數，在適當時 機進一步提供一輸出，指明該電池已達其有用壽命終點。 本發明的其他目的將說明如下。 本發明揭示用以判定-電池狀況的現有技術(如上述Huang的美 b國專㈣及中請案胁X通訊給-㈣者(例如，祕給個人車輛的所 ❹ #人’或通訊給-車_服務經理）或車輛作㈣賴料方法中， 及用以評傾電錄況_等綠巾兩者的改進。本發明亦相關於車 輛性能及狀況資料通訊給個者，意即除了電池狀況資料本身外。本 發明亦相關於根據本發明的一電池監控器與—電池充電器的整合，以 2〇便可實現最適化電池充電。 本發明亦相關於數種方法及装置，藉此可先在一"自行學習”步驟 中判定該電池的特性，及然後藉此可在一"自行校準”過程中準確地追 蹤一電池的SOC。此外’不需輸入有關該電池額定特性的資料，同 樣可準確判定該電池的SOH。 15 200928404 本發明亦相關於本發明人已作出的一重要發現，有關可分析一電 池的内部電阻以評估其狀況的方式。更特定地，本發明人已發現一完 全充電電池在正充電時測量的内部電阻不同於該電池完全充電時但在 充電後測量的該值。此外，已發現該内部電阻的此二值之間的差表示 5該電池的狀況(SOH)。又更特別地，已發現一完全充電電池在充電期 間所測量與充電後所測量的内部電阻差異，與一新電池相比，用於一 狀況差的電池的差異較大。因此，本發明相關於一種利用此發現以評 0 估一電池狀況的儀器及對應方法。 【實施方式1 10 本發明數個較佳實施例的以下說明基本上包括美國專利臨時申請 案序號60/935,017的内文，雖然已作出數個更正及澄清，但本完整 • 發明仍主張該文件的優先權。以下將詳細討論進一步的發現及後續作 出的相關改進。臨時申請案序號60/935,017及與其一起提出申請的 附錄以引用方式併入本文中。此外，本申請人保留對本文中揭示的任 15何細目提出額外申請專利範圍的權利，及不主張為屬於本發明的最初 φ 申請項目。 獨立式引擎啟動電池監控器 在本發明的一概念中，提供一種監控一引擎啟動電池的獨立式裴 置及方法。一監控元件實體地固定在一電池上，及以電連接到該等電 20極端子上’以便該元件可在該電池的剩餘壽命中不斷地監控該電池。 意欲以可移動方式連接該元件，以便在一電池壽命終點，可移除該元 件及連接到另一電池。 該元件包括一測試電路，在引擎啟動期間用以監控該電池，及可 實施Huang的美國專利號6 79M64的教示，該文件以引用方式併 200928404 2文中。職輸動__每—賴_相開始，及 在每-引擎啟動順序前及顧不斷地監控該電池的電壓。該電料構 配置成在-夠高速率取樣該電壓(通常在2q赫與丨千赫之間）， 5 ❸ 10 15
可辨識-引擎啟動順序期間在電壓中的變化，自不斷監控的電壓中辨 ^ =多個關鍵性能參數，及與該測試電路的—記憶體中储存的-或多個參考航較。算出-電池,㈣結果，㈣—❹_鍵性能參 數=-或多個儲存參考值的函數表示。提供相關該電池性能結果的 一輸出。 例如，-關鍵性能參數是—引擎啟動順序期間測量的最低電壓， 參考值比較，及表示為—百分比值，表示該電池啟動該引 二b…在直接連接到該監控元件如安裝在該電池上或接近該電池 的顯不器上’可用數字或符號顯示該輸出。該輸出亦可用聲音通 訊’例如當祕-引擎啟動的電池性能結果低於—儲存臨限值極限 時’可提供-聲音警示。該輸出可無線地通訊到車輛座搶中的一顯示 本發明的此等實施例可立即實施在—修配廢產品中，以下將進 -步討論。i性能啟動指標亦可觸發—待儲存診斷碼，用以後續通 訊到π開㈣斷估肛具’如車内安裝的—診_讀取機，如所有 現代汽車及其他特定車輛中所提供；通常此將需要在製 明的監控器。 2 電路結構在其最簡化形式中包括-接線連接到該電池的一 絲端子，-鱗連接_電池的—貞極好，—轉電路連接到該 線可取樣該電池的(數個）電參數，一微處理器連接到該取樣電 路’及-輪ϋ5人元件連接職微處理^。該等接線可為多導體接線如 開爾文連接或單導體接線。 17 200928404 此藝習知該取樣電路可包括類比至數位(A/D)轉換器，需將類比 資料轉換成由—微處理器使用的數位資料，以執行想要的分析。此藝 亦^知微處理器可用以控制該取樣電路 ，分析該取樣電路的資料，儲 存'貝料到A It體巾’及透過—輸出人元件傳輸資料。該輸出入元件可 5為數位或類比顯示器、印表機、可攜式記憶體，任何實體或非實體 (無線)資料傳送系統，或其他任何通用峨看或傳達資料的元件。 如以下進—步的討論’根據上述Huang的其他專利及申請案的 © 教不，同—元件或一同樣配置及連接的元件，亦可包括一構件用以施 加-電流到該電池，或用以施加一負載到該電池，以測量該電池或數 1〇個相關深週期電池的狀況的其他方面。 具車(機）内安裝感溫㈣啟動電池監控器 習知電池容量隨溫度而變化，為提供合適補償以用於此效應，在 - 本發明的另—實施例中，該監控元件再配備有一感溫器。該感溫器可 包括在該電池表面安裝的測試電路中，或位在該等接線端子其連接 U該測試電㈣該等電池電極端子。該感溫㈣量周圍溫度及提供溫度 o f訊職測試電路結構。賴試電路結構產生-調整的電池性能結 果，以溫度與電池性能結果的函數表示。 具故障預測功能的啟動電池監控器 在本發明的另一實施例中，所述監控元件配備有一記憶體，用以 抝儲存數值以用於超過一連續引擎啟動順序的一或多個關鍵性能參數。 該測試電路結構比較超過一連續引擎啟動順序的數個關鍵性能參數， 及計算該一或多個關鍵性能參數的一變化率。該測試電路結構判定一 剩餘有用壽命值，其以該等關鍵性能參數的變化速率與一或多個儲存 臨限值的函數表示。計算該剩餘有用壽命值以作為剩餘啟動數或作為 18 200928404 元件的一顯示器 剩餘時間量。該剩餘有用壽命值顯示在連接到該監控 上。此一計算的示範公式如下： 變化率： 示範關鍵參數值(例如，在該啟動順序期間達到的最小電壓）的 5 ASv = (Svx —Svx + n)/n，其中：
Sv =啟動性能值 Svx=用於啟動x的啟動性能值 ❹ Svx + n=用於啟動x + n的啟動性能值 n =介於Svx與Svx + n的啟動次數 10 _化率值心可用以預測-未來啟動性能值將需要多少次啟 動（"N")以達到-儲存的臨限值；例如’藉由如此有效地監控該啟動 •順序期間的電壓最小值（，，SVX") ’可估計該電池何時將達到該電池將 無法啟動該引擎的點（"Svmin")，公式如下： N = (Svx + η - Svmin)/ASv 15 不使職啟動次數N作為預朗量的增加，似公式可使 ❹料間作為啦的增加。依此，可隨著時間經過算㈣啟動性能值， 及該電池賴餘有料命可用-未來時間量表示㈣啟動次數。 在兩式子中Svx可為單-引擎啟動的啟動性能值，或多個引擎 啟動值的平均、同樣’ Svx + n可鱗—引擎啟動的啟動性能值，或 20多個引擎啟動值的平均。藉由使用多次啟動的平均以建立一啟動性能 值，可使數個引擎啟動值之間不歸因於該電池性能衰退的小變化減到 最小，及可改進預測的準確度。 更特定地’由於在引擎溫度、電池溫度與引擎潤滑作用中的差 異’可發生在啟動性能值中的變化。除了隨著時間經過平均數個啟動 19 200928404 值外，尚有一方法使啟動性能值中的變化減到最小，即基於一較 大組數值中記錄的數個最低啟動性能值而作出數個剩餘有用壽命標 不。此為一有用且實際可行的方法，原因是當狀況有困難時，例如當 電池及引擎皆是冷卻狀態且潤滑作用不良時，一電池將幾乎總會故 5障’如寒冷早晨的第—次啟動。與當天引擎及電㈣使用已暖機後如 第一次啟動等較容易狀況相關聯的啟動性能值相比，與此類困難啟動 狀況相關聯的啟動性能值是整體電池狀況的一更重要預報器。 Ο 因此，在本發明的一實施例中，一記憶體儲存最差的啟動性能 值，亦儲存最近的啟動性能值，及能將此等值兩者與一參考臨限值比 ίο較以判&整體電池健康。依此，該元件可指出整體電池健康及電池在 最近啟動時的性能。兩值可同時在一類比顯示器上標出，提供使用者 一看即知重大啟動性能資訊。 ' 用以判定一電池剩餘有用壽命的關鍵性能值可包括電池電極端子 電壓DC内部電阻、動態電導、動態阻抗，及隨電池年齡改變及使 15用的其他任何參數。 ® 獨立式儲存電池能力監控器 在本發明的另一概念中，提供一種監控一電池儲存能量的獨立式 褒置及方法。雖舰物此受限，但與上㈣域料賴經歷的短 期負載相比，本發明的此概念在該電池（或連接以形成一電池庫的的 2〇數個電池）用於如供應大致連續負載的"深週期”用途中尤其有用。此 實施例中的元件可如上述實體地及以電連接到一電池，及配置成自動 及不斷地測量該電池的一或多個參數，由測得的參數再計算數個電池 參數，及提供表示電池能力的一輸出。該輸出可包括該電池定義如上 的—或多個健康狀態（SOH)、其可用能力容量Ca及其有效能力Ce 20 200928404 的評估及通訊(經由顯示或其他方式’將討論如下）。如以下詳細的討 論’此等參數可通訊到一相關電池充電器’及用以控制該充電器，以 便依一方式使電池充電最適化’而非其他可能方式。 該等如此測量或計算的參數可包括（但不限於）如下：溫度、電 5壓、DC内部電阻，動態電導、動態阻抗及電流。藉由隨著時間經過 常常測量或計算此等參數，例如每60秒一次，該裝置可評估使用者 極感興趣的性能參數，如流進流出電池的電流，該電池的充電狀熊及 φ 健康狀態。依此，例如該容量監控器可有效地作為一"燃料計量器"使 用’不管是正在充電、放電或休止，在任何時間判定該電池中的可用 10 能量。 用以測量該等電池參數的電路結構及方法較佳的是美國專利號 ， 6,7〇4,629或7,212,006所揭示者，及最佳的是上述2〇〇7年u月2〇 曰提出申請的美國專利申請案序號11/984,669所揭示者，用以測量 一電池内部電導。用以判定該電池能力（即8〇〇及s〇H)的電路結構 15可實施以下說明的新穎"ABMS"電池分析方法。必要時，提供此等能 © 力的數個元件亦可合併上述該引擎啟動電池監控器者。 ABMS—具記憶體以用於自動學習及預測能力的電池能力監控器 根據本發明的另-概念，由數個測得參數算出一關鍵電池參數的 一電池能力監控器配置有記憶體及處理電路結構，以便能自數個測得 2〇參數得出數個電池性能屬性，及用以判定及預測數個關鍵性能參數。 一此類關鍵電池性能參數為電池能力，其可自電池的Dc内部電阻的 得出。更特定地，電池的DC内部電導(即其DC内部電阻的數 學倒數)是一有用參數，其與電池能力成正比增加。除非特別說明， 否則"DC内部電阻"及” DC内部電導”二詞在本中請書全文中視為同 21 200928404 等。除了以下說明用以測量該電池内部電導的較佳方法外，亦可使用 其他用以測量電池内部電阻或電導的準確方法。以下說明一汽車電池 監控系統("ABMS")的—實施例，其提供新穎電池分析功能；雖然在 本文中當作最適用於汽車應用加以說明，但當然未侷限於此實施例。 5 更特定地’當—電池隨著時間經過重複地充電及放電，DC内部 電導首先隨著新電池性能初始增加而增加，及接著隨電池年齡而減 低。當電池在任何特定週期中放電或充電時，DC内部電導亦有所不 〇 同。因此，為適當地指出電池的健康狀態（SOH)，其表示電池老化時 的整體狀況’及其充電狀態(SOC)，其表示電池瞬間能力（即立即可 10用此量）’需要區分例如較新但較放電的電池與較舊但完全充電的電 池原因疋兩者可呈現完全相同的内部電導值。換言之，僅測量一電 池的内部電導不足以提供有關電池8011及soc兩者的準確資訊。 上述Champlin的專利（及類似意思的許多其他者)指出内部電導 表不-電池的SOH ’及藉由測量電池的開放電路電壓以實現用於不 15完全SOC的補償’及使用此電壓表示電池充電狀態、然而，此方法 ❹僅可用在該電池與所有充電或負載源賴_情況，意即1電池與 車輛(或其他負載)_ ;此在該元件上是高度不想要的_。、 根據本發明的-概念，當電池在一般服務中重複放電及再充電 時^重複地判定表示其能力的一電池參數。電池在各充電/放電週期 20中完全充電時達到的最大值稱為Ce，其有效能力。如上述電池的 瞬間能力’稱為Ca，表示目前可用能量。Ce隨著時間經過會隨電池 老化以-可預期逐漸方式減少，因此Ca自完全充電值Ce的明顯背 離可視為表示電池目前部分地放電。因此Ca是電池正瞬間儲存能量 的準確標示，及Ce表示在其壽命週期中的任何已知點能儲存的能 22 200928404 量，無關乎新電池時能儲存的能量Cm。亦如上述，以與^的關係 表示電池的瞬間SOC，而Ce與Cm的關係表示其觀。藉由
Ce/Cm與用於S0H的一預設最小值比較，或同等地藉由ce與一預 設值比較，根據本㈣此概念雜㈣可肖啸供電池賴其有用壽 5 命終點的準確標示。 廣泛地說，根據本發明此概念的ABMS操作如下。每隔一段時 間評估-電池參數’通常是其DC内部電導，較佳使用上述以引用方 〇 式併人的Huang專利及中請中中請案所揭示的技術，得出Ca。Ca 的數個測量在町討論的數個可能方式之—巾储存及處理以判定 10 Ce。將電池的整個壽命中由^達到的最大值當作⑸及加以儲存。 可每隔同-時間同樣算出Ce/Cm& Ca/Ce的比率，及用以提供使用 •者有關咖及舰的資訊，其可適當地用於預測及因此避免初發電 • 池故障。以下討論的第3圖以進一步細節提供實施此等功用的一示範 /臾异法由本發明的監控器提供的資訊亦可用以辨識因附屬設備引起 15的困難，如一不作用的充電系統，或在車輛操作週期中在一不適當點 .Hi現n表示短路或類似情形，及亦可用以使電池充電最適化。 所述本發明裝置藉由儲存達到Ce最大值以作為
Cm的事實，具 有如下的内在優勢。新電池通常提供額定地，，完全充電"，因此電池可 立即使用，但熟諳此藝者將明白，事實上如連接在一適當作用的汽車 20環境中的新電池初次使用期間將會較完全充電。因此，例如當一新電 池充電到其完全狀態時，其完全充電時的Dc内部電導將逐漸增加。 當新電池達到其真正完全充電狀態時，如此記錄的Cm將因此在最早 的數個充電/放電週期中上升。因此根據本發明的一監控器經過—段 時間（通常是超過一充電-放電週期）可"記住"電池"尺寸"，且不需以任 23 200928404 1參f值預先定程式。目此’本發_監控元件可__以準確監 控任電池，及可從—電池移到另-電池，不需預先定程式。 1 1本發明ABMS監控11的操作。在第1(A)®中，由線 ❹ J^Ca相料時間(示範圖中為％個月）的圖，Ο如電池DC内 ;導所判定(如所示，以姆歐(歐姆的倒數)為單位測量，其中測量 二）的it接線】2具尖突的形狀緣示q隨電池經歷的充電/放電週 ^變化的方式，·四個時間示範點14a幻化由數個方框表明。週期 a至Ud對應到電池計量器"的四個說明，如第】⑻圓的…至 16d所指明，以下將詳加討論。 ίο 15 Ο 所τ f池的可用食匕力Ca在各充電/放電週期之上大幅變化。 …:而，如以上的討論，當一新電池在初次使用中完全充電時，各週期 達到的Ca最大值(即Ce)在最早的數個週期中增加，達到一最大容量 值(稱為Cm)，及然後當電池老化時則隨時間而減少。可劃出一線以 連接線12中的數個極大值；在任何已知時刻，由此線代表的值，稱 為電池的”有效容量”Ce，可與其測得的值Ca相比較。如所示，測得 的值Ca接近Ce的程度通常如所示由Ca/Ce的比率表示_是表示電 ^的充電狀態（SOC) ’及因此表示剩餘的相關能量。Ce接近在電池 壽命中達到的最大值Cm的程度，通常如所示由Ce/Cm的比率表 示，是表示電池的隨。默及S〇H兩者可在單—燃料計量器"型 顯示器上清楚顯示給使用者，如在第1(B)_ 16^⑹所舉例說 明。 更特定地’單-燃料計量器可藉由提供具三部分的直條圖以顯干 s〇c及SOH，該三部分通常是不同顏色以求清晰。如第i(a)圖所 不，顯示Ca隨著時間的變化，S〇C是藉由比較Ca與以來判定. 24 200928404 SOH是由ce與Cm及與__ CeGl預設值的比較來判定，考量 壽命終點的Ce , ^ w 包吧在 在第1(A)圖所示範例中，Ce〇1設定成0.6 Cm。在 ^ 1(B)®^ l6a至⑹所示示範實施例中由燃料計量器的左邊部 刀緣丁目月j s〇c，由左邊及中央部分的總合代表s〇H，而右邊部分 5代^池施力隨著時間失去的量(在第1(A)圖中稱為"損失的BL，，）。 作定t要燃n量器在電池壽命終點讀為"空”，則控雌料計量器， 以便如所示，者 田Le-Ceol = 0.6 Cm時右邊部分填滿計量器。如第 © (的四個陰衫區域所示，Ce在Ceol與Cm之間的相關位置判定 電池壽命週期在不_段損失的電池壽命程度。 匕如在第1(B)圖的16a所示，其中ce = Cm，但電池相對 電燃料计量器的左邊部分顯示s〇C約為50%，但SOH是 、因損失的BL = G% ’燃料計量器中無右邊部分。當電池老化 .時右邊分增加。在16b，採用在Ca = Ce的-點，意即電池完全 除了右邊部分佔用的部分代表在該點損失的BL·程度外，指明 15 SOC的左邊部分佔用所有燃料計量器。同樣地，在⑹中，s〇c顯 °示為大幅地小於S〇H，指明電池大幅地放電。然、而，右邊部分仍較 小，指明 SOH θ 疋尚的，及電池全面在良好狀況中。最後，在16d 十量器的右邊部分佔用其大部分面積指明S〇H是低的，意即 已損失大部分電池壽命。 2〇…帛1⑷圖亦顯示―"放電警示臨限，，值可預設為 Cm的一部分’ 稍同於目標最大放電深度(D〇D)值(低於該值會損壞電池），Ca與該 電值比較，此比較可用以提供使用者電池成為大幅放電的警示，以 便要求校正動作。 «了解為如上述操作，準確判定電池的有效能力是重要的，但此 25 200928404 並非易事。首先’即使在電池完全充糾，如關量㈣ I將在-小範圍中變化。因此，僅判定Ca的變化率由正（充電期間） 轉到負（放電期間）的折曲點，未必得到合適的準確結果。為減少此" =散"的崎讀可令此方法能足以麟有_途。另-可能性是測 5量橫跨電池的電壓，以時間函數表示，及當電壓在一預設時間^期 (大約H、時）中未變化超過一預設值（大約〇 iv)時採用Q當作
Ce。當在充電期間得到此等狀況時，可認為電池完全充電 〇 Ce可等於Ca。 ％ 以上用較-般用詞討論ABMS技術，當電池隨著多次充電-放電 10週期老化時，自然會失去能力。除了儲存最大能力值（即新電池的能 力值）外’當電池能力隨著時間變化時，根據本發明的監控器尚可儲 存與電池完全充電相關聯的最大能力值。此值稱為電池的有效能力。 是新電池時，有效能力值類似於最大能力值。然而，經過多個充電/ 放電週期及經過時間，有效能力值將隨著電池线老化而減低，及經 15過硫酸鹽化、腐#或其他電池衰退過程，慢慢失去健存能量的能力。 ❹根據本發_監㈣可比較一最近充電_後蚊的有效能力值與儲 存的最大能力值。此比較可用以判定電池自從是新電池以來已損失的 能力數量。此比較可用百分比表示及指明電池在其壽命週期的何處。 此比較相關電池壽命或健康狀態。電池壽命週期值的變化率可用以了 20解電池達到壽命終點將花費多久時間，及仍有多少有用壽命。 例如： △Ce = (Cex-Cex + t)/t 其中： △Ce =有效能力的變化率 26 200928404
Cex =在時間x判定的有效能力值
Cex + t =在時間x + t判定的有效能力值 t =介於C e X的測量與c e χ +1的測量之間的時間 在判定Ce的任一對時間點之間的變化率意味著計算第1(A) 5圖中平雜連接此等點所示該線的—線段的斜率。假定此線斜率將僅 極逐步地改變’目此判定該線將分段地完全適用於所述目的，主要是 判疋何時Ce-Ce。卜意即’變化率值ACe可用以預測有效能力值 Ο 將還有多久即到達~儲存臨限值Ce。卜其可用-最大或”如新"能 力值(Cm)的百分比表示。 10 例如： T = (Cex + t-Ceol)/Ace . τ=到達壽命終點的時間
Ceol =在電池壽命終點的能力
Ceol可由電池的原Ah值的函數表示’意即，該值指定用於是新 電池時的合量’或如上述以__判定值Cm的—部分表示。例如，CM ©可疋義成等於約G.6 Cm ;因此，當本發明㈣㈣航有效電池能 力Ce已下降到所儲存最大能力值Cm的6〇%時，可建議駕馱員更換 該電池。電池的有效能力變化率可如上述判定為—時間函數，或是充 電/放電週期總次數的函數。因此，該結果可用—計劃的週期壽命表 20不，即在電池到達該臨限值以前的計劃週期數。 在此等式子中’ Cex可以是單一能力測試的有效能力值或可以 是在多個充電/放電週期中多個測試的平均。同樣地，可以是 單有效能力值，或多個有效能力值的平均。藉由使用許多有效能力 的數個平均以建立有效能力的變化率，可將不歸因於電池性能正常 27 200928404 衰退的有效能力中的小變化減到最小’及可改善到達壽命終點的預測 準確度。 上述裝置及方法幾乎可連接到任何尺寸的電池，及藉由常常應用 一前攝式測試，可在一段時間後學習電池的尺寸屬性，及在任何時間 5可同時指出充電程度或SOC及其健康狀態s〇H，其表示計劃的電池 壽命。此一裝置可用以監控許多不同應用中所使用電池的充電程度及 電池壽命。重要的是，電池在使用時可施加此測試技術，提供使用先 前測試方法無法提供的即時資訊。 第2圖更詳細顯示在一汽車環境中ABMS的一可能實施。由―" 1〇測試層”實行與電池的互動，其中執行測試，較佳根據Huang的專利 案及申請案（本文中稱為"LPR"或”DLPR"測試），結果是電池測試資 * 料，包括内部電阻(或電導，如所述，此等值在數學上互為倒數）。此 -等資料接著傳送到一"應用層"，其中如上述執行電池資料分析。如所 述’此分析的結果包括電池能力Ca，Ce及Cm的數個相關測量的判 15定；可由此等結果判定SOC及SOH。亦可判定電池的平均放電深 Φ 度，其相關走調貞制姉；可立即追蹤放電週紐，及如上述可藉 由比較Ca與各種臨限值以提供各種警示。最後，來自該應用層的結 果可傳送到-I/O Corns(即數個通訊)層，其中該判定資料可用在各 種功用性能中。例如，有關電池s〇H的資料可傳送到車輛的車内安 20裝診斷(〇BD)系統’及在適當時間用以提供一"更換電池"信號。如在 "外部通訊(ExternalCom.)，，所示，必要時此等資料亦可傳送到一遠端 接收器，例如，在-車隊場合中，可將8〇(：及s〇H資料傳送到一中 央維修地點，以便許可前攝式電池(或交流發電機)服務，藉此避免電 池故障及代價大的停二期。料此藝者將明自使用本發明提供的新賴 28 200928404 資訊所提供的其他概念及優點。 亦如本文所述，可由一"ABMS模組”執行資料分析，通常是實施 上述計算及控制方法的一微處理器驅動的元件，或藉由該車輛的"中 央處理器/ECU(電子控制單元)"。在任一情形中，本發明在本文中揭 5示的實施方式在此藝内堪稱完善。 第3圖示意顯示一示範演算法以用於此類分析，特定地用以依一 規律基礎判定Ca，比較Ca與Ce，判定Cm，及使用此等值以提供 〇 預期電池壽命及瞬間充電程度的一標示，意即有效實施第1(B)圖的” 燃料a十量器"。因此，在一開始步驟4〇中，指定一值χ用於一壽命終 1〇點因子fe〇l ,及一值y用於一放電深度因子dd。此等值分別控制電 池在其有用壽命終點命定在的點，及電池無永久性損壞可放電的最大 深度。如在上述範例中，用於feol的一典型值會是0.6，及用於dd 的值是0.5。 在次一步驟42中，用於最大能力Cm、有效能力Ce、可用能力
Ca的值，及一值η皆初始化為零，及控制該測量頻率的一參數τ初 © 始設定成60秒。 在人一步驟44中，較佳根據上述Huang的專利案及申請案執行 ’則试，得到數個瞬間值以用於電池的電導c及電壓v。 2〇 在次—步驟46中’該等_值C及V與相關最近執行類似測量 所儲存的可4目比值比較。如次—步驟48所示，此比較許可充電或放 的判定’其具有數個含意。若電池正極緩慢放電則可認為此 ^曰月未使用電、池，如若在車輛中，車輛已停放。在此等環境下並 =想太常執行測試’原因是測試本身會自電池吸出一些能量，若太常 行測試會令電池成為完全放電。若電池正在快速充電或放電，則標 29 200928404 示正按次序執行較頻繁監控。因此，在步驟50照此調整τ。 在步驟52，相關電池是否充電作出判定。可依數個方式中的任 一者完成此判定，例如可比較可用能力Ca與有效能力Ce ;若Ca例 如在Ce的2%之内，則可認為電池是完全充電。或者，若變化率如 5步驟48中所判定為小於一預設值，則可認為電池是完全充電。若藉 此判定電池是充電，則在步驟54，Ce設定成等於Ca，在步驟54 , 記錄充電/放電週期數的一計數藉由n的值加丨而增加；因此記錄充 φ 電/放電週期數在預測電池壽命可為有用。為避免充電週期的過度頻 繁開始，可實施電池充電的判定，以便僅在電池放電到一預設位準時 10才執行充電。在步驟55，若最大能力Cm小於Ce，則Cm設定成等 於Ce(如上述，通常是發生在新電池開始使用時成為完全充電時广 依此，本發明的監控器隨著時間經過”學會，，電池的最大能力cm。 在步驟56，代表容許下降不損及電池能力的最小值cd設定成等 於fdd*Cm，藉此使Cd與電池的最大能力相關。Ce〇1同樣地設定成 I5 feol*Cm，容許基於Cm預測電池的壽命終點。在步驟％，可比較 © Ce，Cm及Ceol以判定s〇H，如Ce/Cm，及用以估計剩餘的電池壽 命，如Ce〇l/Ce。在步驟6〇，Ca/Ce可用以判定s〇c，及Q可與 Cd比較以確保未處於成為不適當深度放電的危險中。 在步驟62，此等步驟的結果可在任何各樣方式中通訊及使用。 2〇該等結果可通訊給一使用者(如藉由所述燃料計量器，或藉由在實施 一儀器面板的一電腦螢幕上顯示用於s〇c及s〇H的數值），提供到 -車輛狀態監控電路(例如用以令—充電週期開始，或用以指出極需 維修）或傳送到一遠端監控地點(例如在車隊場合中，提供-狀態指 示到維修監督電腦以安排服務）。最後，在步驟64，時間τ到期 200928404 後，再開始該過程。 整合式電池監控與充電控制 根據本發明的ABMS監控器提供準確即時s〇c及咖的事 實’可根據本發明的再-概賴以提供改良的充電控制，其可預期得 5到改善的電池壽命及大幅經_益。目前在深電池充電的血型實 行方式中，即使是所謂"智慧型"電池充電器，僅監控橫跨其電極端子 的電壓，及㈣此電壓以控制充電速率，耻t電池由關陋標準顯 e 示接近完全充電時，充電速率減低。簡地，若-合適程式化充電器 具備有準確的SOC及SOH資料，則可提供更為複雜的控制。假定已 K)知充電過度或充電不足的電池會減低其有用壽命，自然看出可期待負 責此等重大電池參數準確測量的充電控制，以得馳長的電池壽命。 . 1特定地’㈣本發_實行方式，電池充f並非是内在最適 •化，原因是充電器僅”知道"一般電池類型（如傳統的"濕電池"、吸收 式玻璃塾("AGM")，或閥控㈣("VRLA”）電池，或凝膠型電池），此 15資訊-般是由使用者在安裝充電㈣提供，使根據本發明，如現 © 緖想像’使用者將仍需如此做。）然而，今日的電池充電器（即使是 目前可用的"智慧型"或"三階段"充電器)未具備有相關電地容量或電 池可多快魏及傳賴4的資訊。若充電純基於電池尺寸調整其輸 出（電流及電壓），則充電速率可在適當時間增加，同時避免過度充 20 電。因此，充電會較快較安全。 若具有充電速率控制的電池充電器具備有本發明 ABMS電池監 控器來的輸人，以便充電ϋ會"學習"電池的有效容量(Ce)(及最大容 量Cm)，則充㈣可接著將輸出（電歧龍）定比例以匹配電池的尺 寸及充電狀態。例如，能以一最大值1〇安培傳送電流的一充電器可 31 200928404 在3安培操作，以最適地及安全地將一小電池充電。此外’相較於有 效容量Ce，有關電池s〇c的資訊可用以管理充電器的狀態轉變。更 特定地’典型"智慧型”充電器具有一"大量充電"階段(定電流吸 收充電"階段(定電壓），及一"浮動充電"階段(較低定電壓），分別藉由 監控電壓及電流以管理該等轉變，然而，用以管理第二轉變的電流臨 限值僅適用於一特定尺寸的電池。藉由使用ABMS技術，充電器將 能偵測該尺寸，及設定該轉變更適合該電池尺寸。
ίο 15 ❹ 20 當電池老化時將提供另一有利點。如上述，ABMS技術可偵測 一電池正損失的有效容量及在某些臨限值，或其他觸發器可控制該充 電器以開始-去硫化過程或—等效過程。（目前此等步驟由使用者手 動開始及控制·，無疑地許多使用者未在最適時間如此做〇現今僅有 電壓及電流作為輸人參數的電池充電器，並無有關電池能力或電池改 變方式的資訊，及因此無法自動地管理此過程。 此外，ABMS技術可做的不僅是控制充電速率。若整合該技 如通常在-充電器/反向器應时所做，則亦可基於實際充電程 =通知充電器何時開關，而非基於電壓，其常因連接的負載而有所不 同。例如，使用ABMS技術將能控制一發 雷^ ’以便在電池實際放 ^時啟動它’而非僅對-低電壓制作出回應，低電壓可發生在完全 充電電池正供應一突然大負載時。 第4圖以示意方塊圖說明一典型系統， 離式電池庫）用以供應-或多個負載，合併j 、深職電池(或'刀 雷、很據本發明此概念的一 电池監控及控制系統。以粗線說明電力分布 叼路線，及以細線說明信 號測量及控制線。以20表示電池。橫跨電 县吧電極端子22, 24連接的 疋—充電程度及電池壽命感測器區段26 , 充電器區段28，及一負 32 200928404 載管理區段30。負載管理區段供應電力到各種負載32a，32b，. 32η。充電程度及電池壽命感測器區段26監控電池。較佳使用上述 Huang的專利案及申請案中揭示的技術’充電程度及電池壽命感測 器區段26依一規律基礎判定電池20的内部電導，及實施上述 5 ABMS技術，以使用此資訊自此等SOH及SOC判定出該等關鍵參 數，如Cm, Ce及Ca以用於電池20。 由充電程度及電池壽命感測器區段26藉此判定的該等電池參數 0 通訊至充電器區段28及用以控制該充電器區段的操作。充電器區段 28可包括數個充電源，例如，在一船舶上，充電可自推進引擎上的 10 一交流發電機得到’自一分開的引擎/發電機"genset"單元得到，由 海岸供電的電池充電器、太陽能板、繞組驅動發電機等得到。依電池 ' 需求及船舶操作條件(例如，是否繫在碼頭上及連接到海岸電力，在 其推進引擎下發動’或下錫）而定’可啟動不同充電源。例如，在船 舶下錨過夜，自電池20吸出電力以經由負載管理區段3〇供應各種 15負載32a，32b，...32n的情形中，充電器區段28可包括控制電路結 〇 構’用以啟動一 genset以回應偵測到電池SOC正下降到接近一預設 值。 如所示，可提供一控制線直接從充電程度及電池壽命區段26到 負載管理區段30 ;此可用以控制一或多個負載32a，32b，·..32η的失 20能，如在電池SOC低於一臨限值及經由充電器區段28中的一些瑕蘇 未重新供應的事件中，用以防止會造成電池20永久性損壞的過度深 放電。 因此想像由充電程度及電池壽命區段26提供代表電池SOC及 SOH的資訊，可用在一複合式DC電力分布及電池充電系統控制的 33 200928404 所有方面。 假疋實施本發明此概念的上述揭示及Huang的專利案及申請案 中的資訊包括在此藝技術中。 具自動取樣速率定比例的能力監控器 ❹ ❹ ίο 在本發明的另一概念中，上述ABMS監控器自動調整測量該等 電池參數的取樣速率。依-致職性基礎(例如每6G秒—次)操作一 測試電路及主動測試以紐數個電池參數，在—段長時間之後可消耗 大量電力肖於-些電池應用’例如在汽車用途中，電池監控電路等 辅助電路的效率極為重要，為了該監控電频著_經過並非自己耗 費車輛電池而已，因此必須謹慎地管理其耗電。 15 為減少如H_g的專職及㈣案巾揭示的電池監控電路及本 文所述ABMS監控器的耗電，由本發明監控器包括的—微處理器比 較-組計算的關鍵性能參數與—不同時間取樣的另—組，及判定該等 關鍵性能參數是否正快速或緩慢地改變。^變化是㈣，則指明該電 池當該車輛使科正㈣4複料電/放電職，則賴處理器將辦 加取樣速率，例如，每10秒一次或每秒—次執行該測試，第3圖^ 步驟48及5〇舉例制輯形。若變化是紐的，糾未使用 池，則該微處理器將減低取樣速率，或許每小時—次或每週―欠以 2〇 ==控電路可調整其性能以使結果準確度最適化，同時使乾電減 在此-電池監控㈣-較佳實_中，測得的參數僅是電壓 另-實施例中，測得的參數是Dc内部電導。該微處理器考量用^ 立測試頻率的參數可為此等參數或其他建 參數的組合。或者，可由來自—外部來㈣I電^動態電阻等 r丨來源的一輸入設疋測試頻率，如 34 200928404 來自有線或無線連接網路(例如一 LIN、CANBUS或ip網路)的一 命令等。 ^ 在一較佳實施例中，測試電路結構可實體地連接到車輛的電池接 線挽具，以便該電池感測器的電連接可嵌在該等電池電極端的鉗内。 5此方法的有利點在於，依此利用本發明的感測器，未產生任何必須由 車輛組裝工廠或售後服務技術人員管理的額外及分開的連接。 如上述當該電池感卿元件職汽車細中時，該感測器裝置的 〇 自行學f屬性極有用。不僅如此，若提供-些最小臨限值，則該元件 可提供額外的有繼。此物外最小臨限值可包括—值如—最DC 10内部電導值’以便在讀_絲電池後將極快速辨識有贼的電池 或不適合該應用的電池尺寸。假設本發明的監控元件在交車時作為該 *車_—部分來提供，此類最小臨限值可由該車_車内安裝電齡 '統提供’或可永久_存在該❹❻裝置記憶财。若本發明的監控 元件作為-修配廠配件來提供，則可用熟諸此藝者已知的任一各種方 15式，由使用者在安裝時輸人—額定值關於該電池的能力。 Ο τ#ι存在本發㈣控疋件記的其他屬性是電池充電/放電 週期數及放電深度，以及其他抑可自料測量參數之—或—組合來 判定的電池屬性。 任何上述實施例可配合傳統電池制^技術如電减測器使用， 2〇其可使用此藝熟知的分流或霍爾效應線圈實施。藉由結合來自上述實 施例的相關充電資訊與來自—電流感測器的電流流量資訊，本發明的 皿控70件可用以建立極精準"到達空的時間"及"到達滿的時間"資訊， 其對使用者會有價值。 本文所述實施例-般參照至具有記憶體及能處理原始資料（電 35 200928404 壓、溫度、時間）的計算電路結構的積體監控元件，以判定（數個）中 間參數(DC内部電阻）’及接著比較此參數與儲存的資料以匈定總、结 資訊、對使用者有直接價值的參數（電池能力、充電程度、壽命週期 狀態、到達滿的時間或到達空的時間）。本發明的範圍亦包括提供該 5等感測器與一外部資訊系統之間的有效通訊，以便原始資料（電壓、 溫度、時間）或(數個）中間參數(DC内部電阻，或總結資訊)可自該感 測器裝置傳送到一遠端資訊系統，如一車輛中央電腦，或遠離該感測 φ 器裝置的其他處理單元。在後者實施例中，該遠端系統的一部分包括 儲存臨限值及歷史數值的記憶體，及執行計算及實施原始電池資料轉 10換成充電程度、電池壽命、健康狀態等總結資訊的微處理器。例如， 在一汽車中，該電池感測器可傳送總結資訊到車輛資訊系統，及車輛 ' 資訊系統可將原始資料處理成適當總結資訊。 • 在任一情形中，表示電池性能及能力的總結資訊可用以控制重要 的車輛系統。例如’若車輛電池在_引擎時用以供應配件負載(立 15體音響、空調)通常會成為放電，可能阻止引擎重新啟動。根據本發 ❹明，該監控電路結構可與車輛的啟動電路結構整合以重新啟動主要引 擎（或辅助發電機，若有設置），以便在充電程度到達一預設臨限值 =以使該電A重新充電，或在該電池充電程度成為太低時用以關閉特 、、負載肖樣地’若電池健康狀態或電池壽命減到-預設臨限 j可在車輛0斷系統中設定一旗標以通知該駕敬員或一服務技術 人員。 電池監控資料的遠距顯示 付署:ί先前提到—電池的位置與使用電池資訊的使用者或系統的 造成不便的問題，提供具有週期性或不斷傳送資料到一遠端 36 200928404 顯示器或資訊系統的監控元件是有用的。任何上述實施例可輸出測量 及计算的資訊到一分開的顯示元件或資訊系統，其遠離該監控系統的 測試電路結構。任何類比或數位通訊技術可用以傳送資訊到一遠端顯 示器或系統。此類習知通訊技術可使用有線或非有線連接來實施；後 者可包括無線通訊、紅外線或其他技術。通訊協定可包括任何習知戋 精晚研發的單向或雙向類比、數位、串聯或封包式通訊協定，包括 (但不限於）RS232、IP、TCPAP、GPRS、USB、CAN、SNMp、 Ο 10 15
20 LIN、WiFi、Zigbe及其他協定。該遠端顯示器或資訊祕亦可使用 該通訊祕以傳送-資訊請求或命令賴電池監控元件_試電路結 構，或用以設定或重新設定該監控元件巾的—儲存參考值或臨限值。 資訊遠距顯示及特定電池監控網路 本發月的另-實施例解決具有超過—電池的應㈣需求；例如船 舶、、休旅車或軍用車輛通常將具有—啟動引擎電池及—或多個深週期 電池庫為提供疋整的監控能力，系統中的各電池（或分開連接的電 池庫）與上述適當_的—適當電池駿元件配合。各監控元件監控 上述對應電池’及使用—單向或雙向軌鍵結將電池職資料通訊到 一或多個遠端顯示器或資訊系統。該等監控元件與該系統的數個顯示 器-起單—·電池監控網路。該—或多贿控元件及一網路 的一或多_4配置成，僅僅與其特定網路中的數 端顯示器共享資訊，α保蛛矣牲于還 歸多特4池馳麟可接近地操作，不會 八享其間的資料或互相干擾。在—特定電池監控網 示器或資訊系統可由使用㈣#w ώ ㈣還端顯 M — ^ έή 、 該等監控元件的任一者擷取資 :。=系統例如可用動、休旅車或軍用車輛應用中，其中各用 於不用應用的多個電池可全部各由—專屬監控元件個別地監控，及作 37 200928404 為結果的資料及來自許多電池各個的重大電池資訊可顯示在單一顯示 器上，或顯示在位置方便駕駛員的使用者介面上。 彈性、可延伸、特定電池監控網路 本發明的另一實施例包括一特定電池監控網路，包括有一或多個 5電池監控元件及一或多個遠端顯示器，配置成便於數個監控元件及顯 示器可彈性地加入或自該特定電池監控網路移除，藉此產生一可延伸 的特疋電池監控系統。一可延伸網路是有用的，其中單一系統中有多 〇 個電池，或多個系統各具有單一電池，藉此數個電池或數個系統依一 權宜基礎加入服務或自服務中移除。數個範例包括倉庫中使用的一隊 10堆咼機，或具有多個電池庫的一船舶。在兩情況中，可在該網路中加 入或移除多個電池，及重新定出該監控系統的程式以適應該改變。 固定式特定電池監控網路 15 ❹ 20 本發明的另一實施例是一特定電池監控網路，包括安裝在一或多 個機動車輛上的數健控元件，如倉賴施巾_的材料管理設備， 或安裝在送貨或服務卡車上^該等監控元件各個將資料如電池狀 況通訊到遠離該等車輛的—中央資訊系統。訊系統通常是一靜止 系統’用以收集來自該等監控元件的連續或間歇資料，因此—車隊監 督員可判定何時個财輛電池㈣更換。在—些概巾，該電池監控 凡件可大致錢地與該遠端資訊系騎訊；例如，在_倉庫中，具有 電池監控元件的所有車輛可稍地傳送資_制定位置接收站。或 、h等電池：控元件可將監控資料累積及儲存在自己的記憶體中， 及週期性地將所有或_部分資料通訊給該資訊系統；例如當具有一 監^70件的機動車輛在卫作天結束酬其基地時，可査觸監控元件 及令其下載該卫作天儲存的資料。此—應用的〜範例是各具有數個電 38 200928404 固定位置資訊 池監控系統的一隊貨車，當回到他們的倉庫及進入舆該 系統通訊的範圍時，將無線地通訊其資料。 此一系統在辨識需 要更換電池時將極為有用，藉此避免因車輛損壞而損失時間。 代例中，來自車輛内安裝的監控器的資料可藉由網際網 位置 或”他驾用技術通訊到-遠端位置，以便可在該等車輛的特定 外實施服務決策。 ' 電池狀況及其他車輛資料的傳輸 © 上述電池監㈣統的再-較佳實施例中…車輛中钱的電池監 〗控元件提供的資料可與該車_其他糊診斷資訊合併及—起傳送。 例如’基本上所有車輛現在均設置有車内安裝的診斷_〇)能力，藉 此可贿來自該車輛管理綠的診_。-服務技術人貞接著可藉由 i由OBD特取該純，帛町載該車輛賴作狀態。根據本發 明的此概念，可使上述電池監控元件能儲存該_及電池狀況資 15訊，及傳送該資訊到-想望的遠端位置（如該裝置在該固定位置資訊 鳓5系統的範圍内時）。藉此可立即傳送稍早所述電池性能資訊，及亦傳 送車内女裝的診斷系統提供的任何診斷碼。 、依此’-車隊的維修經理可（事先規劃)積極自動地獲知重要的電 狀況及車輛移斷資訊。假定若及時提出重要資訊便常可避開即將發 生的故障’此代表車輛維修的真正進展。更特定地，根據本發明的此 =念提供給車轉修歷及類似人事_訊是㈣，朋是常未 =攝地檢查該等車輛以躲診斷碼或電池間題。為幫助大規模作業的 、王理們’自該等車輛娜該資訊制定位置資訊系統可連接到網際網 及藉此每次車輛進入該固定位置資訊系統的通訊範圍，即用來自 大車隊的每-車輛的重要診斷資訊來更新—遠端電滕資料庫。該資 39 200928404 料庫可配置成維護車輛診斷資訊歷史，及配置成提供週期性報告及前 攝的重大警告給維修經理，幫助經理們將珍貴資源集中在非發生重大 故障時才發現的問題上。 本完整發明提供的額外揭露 5 Ο 10 15 ❹ 如上述’此完整申請案主張2〇〇7年7月23日提出申請的美國 專利臨時申請案序號60/935,017的優先權，以下參照至數個後續發 現及進一步研發。 如上述，一電路元件的電導c是其電阻R在數學上的倒數，即 C=l/R;電阻測量單位是歐姆，而電導是姆歐。為各種原因，用以執 行涉及根據本發明的一電池評估的計算’及相關本文討論本發明較佳 實施例的情形，使用以姆歐計的電導值比使用以歐姆計的電阻值更方 便。更特定地，一電池（如汽車内安裝者）的内部電阻IR以歐姆表 示。然而，電池的内部電阻IR極小。因此，為更清楚解釋本發明， 在附圖及以下討論中使肋部電阻_數(即說），崎歐表示。然 而，除非特別說明，否則電阻視為同等於電導。 更特別地，在根據第i圖操作的ABMS的上述討論中，利用數 個有關電池”能力"的值，即電池的最大能力⑸，電池的有效能力 Ce ’及目前能力Ca ; SOC表示成同等於以心，及贿由ce/cm 表示。電池的電導直接表料能力；電導的值越高，儲存的能量越 多。上述ABMS系統的自行學習能力極有用，但為使記錄的⑸值 ㈣正表示電池在其壽命中的最大能力，唯若監控器連接到新電池， =SOH值將是準確的。然而，最近已發現_____ 導某種程度上依衫在啦時進行充⑽麵刊，此外其間的差異 表不其觀。因此，根據本發明此概糾-裝置可連接到不知年齡 20 200928404 或額定容量的一電池及用以預測其S0H。此外，根據再一最近研 發，假定已知電池已完全充電，可後續地監控進出電池的電荷流量及 隨著時間經過用以追蹤SOC。 第5與6圖的比較說明該發現，其由本發明的方法及儀器利用以 5評估一電池的狀況。第5及ό圖各以實線繪出橫跨一電池測量的電 壓，圖的右側是單位。（請注意，為求簡明，此等圖是測量資料的"乾 淨"繪圖。）由虛線顯示内部電導，圖的左側是姆歐計的單位。兩圖代 0 表大約90分鐘的一段時間所作的測量，每一分鐘測量一次。第5圖 繪示的測量是用於已使用兩個月近乎新的一電池，而第6圖顯示可比 10較的測量，是用於具有類似額定特性的一較舊電池，特指已使用二十 個月的一電池。以下將詳細討論的第9圖是一用以比較的圖’顯示有 • 關本發明額外概念的進一步細節。 . 第5及6圖以座標圖顯示一完全充電電池的橫跨電壓及電導，在 電池正充電時及充電前後所測量。在第5圖中，在充電期間的電壓 15 Vgl大約是14.4，其發生時機從第29分鐘到第51分鐘，及在充電 〇 前後的電壓Vg2皆大約是12.75。在第6圖中，在充電期間的電壓 Vg3大約是14，從第25分鐘到第61分鐘，而在充電前後的電壓 Vg4大約是12.6。如兩圖所示，電池的電導在充電期間增加；意即 Cc(在此使用此變數名稱以參照至完全充電電池在充電期間測量的電 20 導）大於Cn(對應地參照至電池在完全充電時但在充電後測量的電 導）。然而’如第5與6圖的比較立即明白，與相關第5圓的較新電 池相比，相關於第6圖的不良狀況電池在Cc與Cn之間的差異更明 顯。本發明人顯然已發現此事實，本發明使用此發現以提供一種用以 評估一電池狀況的方法及儀器。 200928404 更特定地，如以下更完整的討論，此發現可結合以上根據第1及 3圖的討_作的-電池評估元件的"自行學習”能力，以提供遠超過 先前技藝的電池評估能力。較佳地，利用完全充電電池在充電後的電 導Cn作為能力值Ce ’用以根據第m3圖技術以判定s〇H。 5 亦將由第6 ®見到較舊電池的電導在充電後有點大於先前。如所 述’先前技藝教示一電池内部電阻（或電導）的測量用以評估其狀況， 及此圖顯示此教示在評估電池充電狀態s〇c時可能有效。第9及9A ❹ ®更詳細解決電導測量在SOC評估中的使用。然而，熟諸此藝者應 了解充電前後在電導中的差異較細微及可能容易由溫度變化等其他效 10應掩蓋。藉由比較，Cc與Cn之間的差異十分明顯及其本身有助於 SOH評估技術。 • 因此，除了根據第1及3圖評估電池的狀況外，該評估需要隨著 • 時間經過追蹤電池狀況中的變化，根據本發明的發現，可藉由Cn除 以Cc得到一百分比值SOHactual，用以評估一完全充電電池的 15 SOH。必要時，SOHactual可與代表一新充電狀況的一對應值 ❿ SOHnominal比較，用以指明該電池的實際狀況。因此，若判定該電 池在其有效能力Ce已下降到其最大能力cm的0.6時，將視為已達 其有用壽命終點，則可建立一壽命終點值Ceol = 0.6 Cm。若 SOHactual接者等於或小於0.6 SOHnominal，則可提供一標示指明 20應更換該電池。若SOHactual以百分比表示作為替代，則因此用於 一新電池的SOH=100%及在其有用壽命終點的電池的s〇h = 00/。， 則可用（Cn — 0.6 Cc)/(Cc — 0.6 Cc)算出 SOH。 在第5圖的範例中，在充電期間曲線Cc具有大約181姆歐的— 平均值，及充電後曲線Cn具有大約170姆歐的一平均值。Cn/Cc代 42 200928404 表由本發财法得㈣戦電池的實際狀況， 是0.944 ;以百分比表 示為94.4/〇已知此電池較新，此值可視為，用於未知 狀況的電池的對應值可與此值比較。 在第6圖中’在充電期間曲線Cc具有大約182姆歐的-平均 5值’及充電後曲線Cn具有大約13〇姆歐的一平均值。Cn/Cc代表該 根據本發明狀況_試電池的實雜況，目此是G 7i4，或以百分比 表不’ SOHactual為71·4%。此可與對應值8〇η__比較以判定 ❹該電池疋何使用；將採⑽範例巾測量的值以指明該電池僅是勉勉 強強有用。通常’若測得的内部電阻Cn小於Cc的6〇%，將提供一 1〇信號以㈣叙_新電池更換掉—用過電池；決定該百分比的準確值 是依待測量電池的類型而定。 由第5與6圖的比較將進—步了解，用於—新充電及使用良好的 •電池’以基本上完全相等。此事實在本發明的應用中極為重要，因 意味著可在-電池壽命期間的任何時間測量Cc，簡單地藉由電池充 15電及測量其電導’及與充電後測量的電導&比較，用以欺該電池 Ο 的相關狀況。因此，不需要輸入一值以用於一新電池的Cc，亦不用 輸入-值以用於SOHn〇mina卜此外，此事實尚意味著本發明用以判 定電池SOH的技術可在任何時間應關任何完全充電的電池，不用 提供更多資訊。 20 第7圖顯示本發明方法中回應上述發現的數個主要步驟，用以評 估一電池狀況，意即健康狀態（或SOH)。在步驟81中，其如上述是 可選步驟，選定-預設值(即SOHnominal)以代表一新電池的狀^。 在步驟82中’當繼續充電時測量一完全充電電池的電導，及以姆歐 計表示為Ce。在步驟83中，在完成充電後測量該電池的電導及以 43 200928404 姆歐計表示為Cn。在電池84中，Cn除以Ce得出隨a伽^用以 表示該電池的實際狀況。若在步驟81中提供用於的一 值’則在步驟85中可將S〇Hactual與該值比較。在步驟％中若 電池故障迫近則可發出一警示。 5第8圖顯示相關第7圖方法的—較詳細流程圖。在對應第3圖步 驟81的步驟93中，可選擇性地設定對應至一新電池隨的一值 SOHnomina卜在步驟94中，使用一充電元件將該電池充電，當電 〇 池完全充電時(如以下討論所判定）’測量該電池的電導C，以姆歐表 示’及儲存在記憶體中。為改進該值的準確度，較佳執行該測量複數 10次K及採用-平均且儲存為Cc。在步驟95巾，停止充電，及測量 該電池的電導’以職表示，及儲存在記憶體巾；而域佳儲存一平 均值作為Cn。在步驟96中，Cn與Cc相比以得到一百分比值 SOHactual，其表示該電池的實際狀況。若提供一值用於 SOHnomina卜則該值在步驟97中與s〇Hactuai比較在步驟卯 15中’基於該比較作出該電池是否可使用的判定，或僅對8〇11时_ © 作出回應。若該電池不可使用，則指示一 1/〇裝置(例如一警示光)發 出-警示。請注意，在汽車場合中，在引擎運轉時基本上繼續充電的 情況中，當引擎運轉時將重複地測量Cc，及關掉引擎時測量Cn。如 以下配合第9圖的討論，通常較佳在充電停止後數分鐘再測量Cn， 20以容許導致錯誤讀數的"表面電荷"消散。若接著判定SOH已下降到 表示電池初發故障的一點，則可提供一對應警示信號。 第9圖以圖顯示當一電池首次經由—重負載放電，接著充電及 接著靜止時，在橫跨該電池的電壓中的變化及經過一段大約4〇〇分 鐘時間的電導。如在第5及6 ®中，由—虛線顯示電導c，以圖左侧 44 200928404
上標示的姆歐單位表示，B 及由一較粗線顯示電池雷厭v 標示的姆歐單位表示。“ 丁^也電壓V，關右侧上 且，該繪圖是實際資料的一 I，乾 在第1分鐘至第〗\ 乾淨版本。 分鐘，該電池先藉由連接到一番鱼栽&妓 電。如所見，當電池成為 負載而放 又馬玫電時’電壓v及電導 降。在第1G6分鐘，移€導C兩者皆快速下 ❹ *，當初始繼_1快賴職均⑼；;在及A接= 過-段大約二小時的時間再緩慢地上升収乎14 值 ίο 當第一次連接該充電器時，電導始地快速上升二 非線性方式上升，最終到達大約210姆歐的-穩定值Cc。當c達到 一較穩定值，如當-連串測量中的變化小於—專特值L時，該電池 可視為完全充電。如第9 ®所示，在該傳導信號中有_些雜訊，會需 要較複雜的信號處理技術以得到用於c的該等最佳可能值。 在大約第295分鐘’點B，中斷該充電器，但未連接任何負載。 當金屬板上的”表面電荷”消散及電池藉此達到平衡時，經過數十分鐘 15後，電壓v逐漸下降到一最後值。傳導性C同樣逐漸下降，最後到 達一值Cn，其準確表示該電池中儲存的能量。此值Cn可與ce比較 以評估電池的SOH，及應利用以作為第3圖方法中的目前能力Ce， 如應用相關第1(A)圖解釋的分析及造成第ι(Β)圖燃料計量器顯示。 此外’藉由儲存電池在充電後達平衡後測量的Cn與稍後測量的c比 2〇 較’亦可判定電池的SOC。 如以上的討論，相關第1及3圖說明的ABMS技術在自動儲存 及更新一最大能力值Cm的方面是"自行學習"，藉此本發明的監控器 "學習"相關電池的最大能力；與進行中的電壓及電導測量結合，此 Cm值大體上在任何狀況中容許判定SOH以用於任何電池，及然後 45 200928404 容許準確地預測電池的剩餘有用壽命。亦可規律地測量Ca，及與Ce 比較’以得到用於SOC的一值。此外，藉由在電池已充電後測量 Cn ’該元件亦"自行校準"。本發明的自行學習及校準屬性克服先前 技藝的重大缺點，原因是根據本發明製成的監控器可在廣泛使用條件 5中安裝在各式各樣的電池尺寸、類型及年齡上，及可極快速"學會"該 電池的關鍵屬性及開始報告有用的SOC及SOH資訊。 可由第9圖看出，當電池正放電時(第1至106分鐘），傳導曲線 Q C較成直線，因此一 SOC計算，比較C與一先前建立值以用於cn， 將得到一較準確值以用於SOC ;藉由比較，在重新充電期間（例如第 10 1〇6至209分鐘)執行的一類似計算，由於在c中的變化較非線性， 將不如此準確。 在必須極準確知道S0C的情形中，如在上述起止式車輛中，一 • 傳統"分流'’或"VIT"感測電路可與根據本發明提供的資料結合，以連 續不斷地提供高度準確的S0C資訊。如上述，先前技藝VIT感測器 15產生高度準確電流流量資訊，但遭遇的困難是，不知道其他有關該電 © ，池重要獨特資訊，隨著時間經過難以使該資訊與電池S0C相關聯。 藉由結合上述實施例的自行學習及自行校準屬性與來自一簡單分流的 電流流量資訊，其測量進出該電池的電流，可提供具有較高s〇c準 確度的-電池感測70件。此外，結合放電期_即時㈣電路測量與 20同-放電期間的實際電流積分，可判定該電池的總絕對容量。 第9Α圖重複第9圖中的同-曲線c，省略曲線乂以求簡明，及 加入-充電/放電的實曲線，指明進出該電池的電荷積分流量。可藉 由-分流、霍爾效應感測器、電感線圈或此藝熟知的其他方式測量電 荷流量，及在祕微處理器控制單元(MCU)中實行該積分運算（以下 46 200928404 配合第11圖加以討論）。因此，用於該電池不時完全充電時所建立的 SOC的一值可持續地更新及維持準破。如所示，通常該積分電荷在 放電及充電期間將線性地變化，但因直接測量該流量，因此用於 SOC的計算值的準確度未依線性亦未依不變的流量速率而定。 5 更特定地，每次建立一值以用於Ce(或Cn，其中使用内部電導 作為能力度量)及執行在記憶體中，意即每次電池充電，s〇c設定成 100%。然後，使用該分流以測量進出電池的電流流量，容許由電流 φ 積分運算有效追蹤SOC。可基於Cm而設定一目標最大放電程度深 度Cdod，及視需要用以控制重新充電。例如，在起止式車輛場合 10中，可追蹤SOC，當Ca = Cdod時，意即在電池到達電池將無法用 以放電的一放電深度前，用以啟動引擎將該電池重新充電。 ， 此外，經過一段足夠時間（短如數分鐘到長如數小時），可使測得 . 電導c中的減低與累積的實際電流放電Ci相關聯，及可計算該電池 的總絕對容量。換句話說，為評估s〇H ,需要如上述Ce簡單地除以 15 Cn，但此計算未提供一實際值以用於電池中的充電量。然而，若在 〇 追蹤電池電導C中的變化時測量流進或流出電池的實際電流量，則 可得出一準確值以用於電池的實際能力。一旦如上述建立絕對能力範 圍（滿到空，Ce到Cdod)，在每一完全充電情況’可建立一新值以用 於Ce，及再開始電流積分運算過程。依此’可在任何已知時間提供 20 -高度準確值以用於s〇c。此外，因每次電池完全充電皆重新開始 電流積分運算的過程，因此避免過量錯誤的累積；因此該過程兼有自 行學習及自行校準兩者。此容許該過程用以評估未知額定尺寸及狀況 的電池。此外，當電池老化及s〇H自然減低時，藉由積分運算電流 流量以提供正確SOC的功用及準確度仍高。 200928404 比喻有助於了解。假設一電池是一貯水槽，儲存未知初始能力 Cm，但具有-簡單計量器指明其裝滿的程度，隨著時間經過電池能 力已減低，就像以碎石裝滿到—未知程度，因此亦未知其目前能力 Ce。先裝滿貯水槽’及記錄其鱗〜接著當將釋㈣水量作積分 5運算時，貯水槽逐漸排空。在稍後一些時間再記錄其相關位準d Ca/Ce指明貯水槽已排空的程度；若為5〇%，及已釋出十加侖的 水，則Ce是20加命。從此，每次開始重新裝滿貯水槽，可自加 ❿減去釋出的水量以欺剩下的實際水量。此實際水量#然同等於一 電池的SOC。此外，因上述的電池例子中可藉由比較⑪與。，以 1〇狀電池的相關SOH(在_水槽比喻中將是不可能），因此亦可判 定初始最大能力Cm，其將已大致等於Ce。 第1G ®以流程_示用以執行麟算的—示範演算法中的數個 -步驟。在此，該等步驟許多大致與第3圖者完全相同，在此將省略其 說明。應尚了解可有許多修改及變化。 、 15 目此，步驟100及101初始化使用的數個變數。在步驟1〇2 © 中，測量測試中的—電池的電導C及電壓V。可使用美國專利申請 案序號11/984,669中揭示的LpR測試完成此測量及再總結如下， 若合適，或藉由另-方法以測量〇及V。在步驟1G3中此等值與儲 存值Ca及Va比較，及在步驟⑴中判定其變化率；在步驟⑴ 20中’此變化率用以設定重複該過程的時間間隔丁。步驟116判定該電 池是否接著全充電及正充電；若是，在步驟115中Ce設定成等於 測量值c。若不是，但若在步驟118判定電池已充電而非正充電，則 Cn設定成等於C，及Ci(該積分運算的電流值，如上述橫跨—分流或 另外情況所測量)設定成等於零。若電池未完全充電，則控制直接跳 48 200928404 到方塊104，其中Cd(代表待許可最大放電深度）設定成等於 fdd*Cc ’及Ceol設定成等於fe〇i*Cc。（Cc作為用於此等數量的參 考值，以便壽命終點目標值Ce〇1及最大許可放電深度值cd未隨著 電池老化而有所不同）。因此，當電池不時完全充電時，將重複比較 5 c的能力值加以更新以反映電池的狀態，藉此"自行校準"該元件，以 便例如電流積分中的錯誤不會隨著時間經過而累積。 在步驟105，測量通過分流的電流I及乘以消逝時間τ以得到一 〇 積分值以用於總能量流量，及藉此更新Ci。在步驟105A中，其可 在該元件在安裝初始化時執行，或在使用期間不時地執行，判定一標 10度因子SF用以將該積分運算的電流流量用的值Ci轉換成數個能力 值，如通常對電池的電導測量作出回應所判定。可如以下討論來判定 • 該標度因子SF。在步驟1〇6中，比較Ci與SF以判定用於s〇c的 瞬間值（電流），意即得出用於SOC的-值以回應電流流量Ci的測 量。在步驟107中，可判定s〇c ,以傳導性的函數表示，例如用以 15嫁遇該轉換值SF。在步驟1〇8中，比較Cn、Cc與Ceol以判定 © SOH。在步驟1〇9中，比較s〇c與s〇H以警示數個極限若適 备則在步驟110提供一警示。不然，可在步驟111將該等結果顯 不在一輪出元件上。如步驟112所示，在一時間間隔T後重複該過 程。 20 更特定地，若想要基於該電流流量的測量以提供一進行值以用於 soc ’則必須判定從100% SOC到0% SOC對應到電池放電的電流 量。然而’當測量所提供的總電流量時，明顯地不想要藉由電池完全 放電來作判定。反而，根據本發明的一概念本發明的過程包括一初 始化性能步驟’用關定電荷流量與電導變化之間賴係。例如，可 49 200928404 執行一完全充電電池的Cn ’及用於cdd的一值判定為fdd*Cn。因 此Cdd對應到0% SOC。當積分運算電流流量及監控電池電導中的 變化時，該完全充電電池接著僅需要部分地放電；接著可預測對應到 0〇/〇 SOC的放電的電流流量。例如，若Cn是2〇〇姆歐(MH〇)及fdd 5是0.5，則Cdd將會是100姆歐。假設當c下降到15〇姆歐時，記 錄一總電流流量是10安培，則SOC將會是100 —[(2〇〇一15〇)/(200 —100)]，或50〇/〇;由此將立即看出從1〇〇%s〇c到〇%s〇c電池放 ❹ 電所需的總電流將是2G安培。此建立之後相關該特定電池待利用的 標度因子SF。在此範射，SF是5，即測得的電絲以5及減去Cc 10的姆歐數以得到C，其接著與Cdd比較而得到S〇c。然後，每次已 知電池TG全充電’ SOC可重新設定成1G()%，及織監控的電流隨著 ， 時間經過用以追蹤SOC。 診斷式充電系統 第11圖根據本發明以電子方塊圖說明用以評估―電池狀況的一 15裝置160。用明量池電導的基本電路及技術如美國專利申請案 • 序號11/984,669中所揭不。裝置16〇包括一穩壓電路161用以在操 作中供應穩定電壓到裝置16〇，一 MCU(微處理器控制單元用 以控制裝置160，及用以在數個類比至數位(a/d)輸入，在連接到 Μ 2的電路中的數個點測量電壓，-習知負載電阻值r 163， 20 -瞬間電流控制電路165，及—1/〇(輸出入)單元167。ι/〇單元167 可用熟諳此藝者熟悉的數财式實施，如作為—❹個顯示器、一鍵 盤輸入、-無線通訊元件，及網際網路的無線存取。 更特定地，裝置160包括一瞬間電流控制電路165，實施為二並 聯電晶體Φ及Q2，各代表—可控制負載，加以連接以便可令qi與 200928404 200928404 5 使用連接163B及163D測量橫跨R的一參考負載電壓I ;接著可 令Q2亦導通。因Q1與Q2是並聯且具有内部電阻因此將吸引一
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20 Q2任一者或兩者將電流自電池B經由一習知電阻故i63吸引出。對 來自MCU 162的數健制信號作出回應、，自電心可㈣地吸引出 大"瞬間"電流（意即在極短時間内吸引的大電流，以便限制消散的電 量），該電池將由第m日日體加以評估。若僅qi導通，則可 不同電流量，及測量橫跨汉的―不同負載電壓&。接著可由mcu 藉由VLR與VLL之間的差除以厌算出自電池吸弓丨出的電流卜當僅有 Q1導通時測得橫跨電池的電壓Vbr及Q1與Q2兩者皆導通時測得的 電壓vBL將已在同時_得。接著藉由Vbr與Vbl之間的差除以[算 出電池的内部電阻r。在美國專利中請序號i 1/984,669文件中已揭示 該内部電阻測量的進—步細節，該文件以引用方式併人本文中。接著 反轉算出用於電池内部電阻的值r，以得到電導c。 «本發明的-概念’第u圖電路亦顯示，藉由回應一相關聯 控制線168操作的一開關州m連接到一充電器g或其他能量源 亦顯示服務負載L 172的連接，為具有一對電壓感測連接I% 的一分流電阻174 ’用以測量流進或流出電池B的電流。 在以下範例中’假想初始想要判定一汽車内安裝的一電池的狀 况’然後追蹤其狀況及控财充電。賴^連制該電池，理想地經 ㈣爾文連如第11圖所示。使用美國專利中請序號11/984,669 b揭技術先測量内部電導以建立其Ce。接著供應能量到充電 源170將jx該電池充電；繼續充電直到錢及/或電導穩定。接著將 S〇C备作1GG%。接著將該電導值儲存為Ce，及重新供應能量至該 充電器’在足以容許表面電荷消散的一段時間後（或測量的電壓已穩 51 200928404 定後，指明表面電荷消散），再測量該電導值及儲存為Cn。接著可藉 由比較Cn與Cc以判定s〇H。接著可使用電壓感測引線176以測量 橫跨一已知電阻的分流174的電壓降，及以此追蹤SOC中的變化， 在未來追蹤SOC。為提供剩餘充電的一準確測量，可導出該電池實 5際容量（與SOH提供的"相關"容量相對）的一標示。如上述，此可藉 由監控隨著咖經過流進流出電池的充電量，及測量其電導中的實際 變化而完成。可由MCU㈣1/〇元件，例如用以提供指明電池^ © 及舰的一輸出；例如SOC可顯示為一百分比值，或可顯示-值以 用於電池中儲存的剩餘能量。 10 15 ❹ 20 熟諳此藝者劇白本發明的許多額外概念及其 發’尤其地，本文中所揭示電池評估過程及設備的各種崎 方式結合，得到㈣想糾㈣元件，包括(但祕於)使充電速率最 適化的電池充電器、用以判定未知起源電池的的電池評估設 備’用於起止式車輛的充電及引擎啟動控制系統，用於 ^源_舶，、卡車、RVW㈣崎及充電= =明Γ小客車的電池監控器’及其他許多裝置。因此，雖然已 數個特定實關，但本發明未侷限於此等實施例， 後附中請專鄕圍所關。舉凡本發明所述的其它實施例與技 ,又，均應視為本發明的保護範圍内，始符合理。 【圖式簡單說明】 σ 第1圖’包括第1(A)及1(B)圖’分別顯 MmiP,刀⑴顯不圖表，顯示隨著時 ，，過在一電池的可用能力中的典型變化， 自行學習本判的元件有效地 :及自㈣術式，及彻_—實婦提供的一電池 、料叶量器"顯示的四個示範圖示； 52 200928404 第2圖示意地顯示在一 系統的一可能實施方式； 示範汽車環境中根據本發明的一電池管理
說明一典型幾乎新的電池隨著時間經過 的橫跨電壓及I卩電導’綠残電池正充電時及完全充電但在充電後 電池 0 在電壓及内部電導中的變化； 第6圖同樣疋座標圖說明—電池在接近其有用壽命終點時取樣的 10 電壓及内部電導； 第7圖以一簡化流程圖說明根據本發明評估一電池狀況的一方法 • 中的該等步驟； 第8圖是對應到第7圖的較詳細流程圖； 第9圖顯示可與第4及5圖相比的另一座標圖，繪示在充電及放 15電週期期間在電池電導及電壓變化中的更多細節； © 第9A圖顯示如第9圖中在充電及放電週期期間電導相對於時間 的座標圖，亦顯示該積分電流流量； 第10圖是可與第3圖相比的流程圖’示意地顯示一示範演算 法，用以利用該積分電流流量及一電池電導中的變化以評估該電池狀 20況，繪示該元件的自行學習及自行校準屬性；及 第11圖以示意圖顯示用於實施本發明的一儀器的一電路。 【主要元件符號說明】 連接線12 53 200928404
週期 14a、14b、14c、14d、16a、16b、16c、16d 最大能力值Cm 有效能力Ce 目前能力Ca 5 充電狀態SOC 健康狀態SOH 損失的BL
U 最大放電深度DoD 有效能力的變化率Ace 10 在時間X判定的有效能力值Cex 電池壽命終點的能力Ceol ' 車内安裝診斷OBD . 中央處理器ECU 壽命終點因子feol 15 放電深度因子dd ❹步驟 40、42 ' 44、46、48 ' 50 ' 52 ' 54 ' 55 ' 56、58 ' 60、62、 64 電池能力的最小值Cd 電池20 20 電極端子22、24 充電程度及電池壽命感測器區段26 充電器區段28 負載管理區段30 負載 32a、32b、32η 54 200928404 電壓 Vgl、Vg2、Vg3、Vg4 穩定值Cc 充電後的電導Cn 步驟 81、82、83、85、86、93、94、95、96、97、98、99、100、 5 101 ' 102、103、104、105 ' 105A、106、107、108、109、110、 111、112、113、114、115、116、117、118 電池84 〇
專特值L 10 最大能力值Cm 系統微處理器控制單元MCU • 最大放電程度深度Cdod . 實際電流放電Ci 時間間隔T 15 方塊104 〇 標度因子SF 裝置160 穩壓電路161 MCU(微處理器控制單元）162 20 負載電阻值R 163
瞬間電流控制電路165 1/〇(輸出入)單元167 電晶體Ql、Q2 電池B 55 200928404
負載電壓vLR、vLIj 電流I 電壓 Vbr、Vbl 内部電阻r
5電參C 控制線168 開關SW1 171 _ 充電器G 其他能量源170 10 服務負載L 172 電壓感測連接176 - 分流電阻174 . 充電源170 15 56

Claims (1)

  1. 200928404 十、申請專利範圍： 1. 一種用以判定一電池健康狀態之方法，該方法包括以下步驟： 施加充電電流至該電池，直到判定該電池大體上完全充電； 當施加充電電流時，測量該完全充電電池之電導Cc ; 5 ❹ 10 15 ❹ 20 中止施加充電電流至該電池； 當不再施加充電電流時，測量該完全充電電池之電導Cn ;及 藉由比較Cn與Cc以評估該電池之健康狀態。 2. 如申請專利範圍第1項所述判定一電池健康狀態之方法，尚包 括以下步驟：監控該電池於充電期間之電導或電壓其一或兩者；及當 該監控之電導及/或電壓大體上穩定時，判定該電池大體上完全充 電。 3. 如申請專利範圍第1項所述判定一電池健康狀態之方法，其中 在該電池已在停止施加充電電流後達到平衡後，執行當不再施加充電 電流時測量該完全充電電池之電導Cn之該步驟。 4. 配合如申請專利範園第1項所述判定一電池健康狀態之方法， 尚有一種用以額外追蹤該電池充電狀態（SOC)之方法，包括以下額外 步驟： (a)執行一初始化例行工作，包括以下步驟： 儲存一值以用於該電池當完全充電時之電導Cn ’及採用此值作 為其在100% SOC之電導； 判定一值以用於該電池對應至〇% soc之電導； 當監控該電池電導中之對應變化時，監控進出該電池之電流流 量’用以建立其間之一標度因子；及 使用該標度因子以判定自loo% soc至〇% soc對應至放電之 57 200928404 電流量； (b)然後追蹤該電池之SOC，每次判定該電池為完全充電時藉由 以下步驟重新開始： 將該完全充電電池之SOC設定成100°/° ; 5 監控進出該電池之電流流量； 隨著時間經過積分運算該電流流量；及 利用該標度因子將用於電流流量之該積分值轉換成一對應值以用 〇 _c。 5. —種於數個充電/放電週期中追蹤一電池充電狀態（SOC)之方 10 法，該方法包括以下步驟： (a) 執行一初始化例行工作，包括以下步驟： 儲存一值以用於該電池當完全充電時之電導Cn，及採用此值作 為其在100% SOC之電導； 判定一值以用於該電池對應至〇% SOC之電導； 15 當監控該電池電導中之對應變化時，監控進出該電池之電流流 © 量，用以建立其間之一標度因子；及 使用該標度因子以判定自100% SOC至0% S〇c對應至放電之 電流量； (b) 然後監控該電池之充電，用以判定該電池何時完全充電；及 20 (幻追蹤該電池之SOC ’每次判定該電池為完全充電時藉由以下 步驟重新開始： 將該完全充電電池之SOC設定成100% ; 監控進出該電池之電流流量； 隨著時間經過積分運算該電流流量；及 58 200928404 利用該標度因子將用於電流流量之該積分值轉換成—對應值以用 SOC。 6. 如申請專利範圍第5項所述一種於數個充電/放電週期中追縱一電 池充電狀態(SOC)之方法，其中，尚包括藉由以下步驟以評估該電池 5 之健康狀態(SOH): 當該電池完全充電時，及正施加充電電流時，測量其内部電導 C，及儲存該測量值以作為Cc ; 在停止施加充電電流後，測量該完全充電電池之内部電導，及儲 存該測量值以作為Cn ;及 10 藉由比較Cn與Cc以評估該電池之健康狀態。 7. 如申請專利範圍第6項所述數個充電/放電週期中追蹤一電池充電 狀態(SOC)之方法，其中，該電池已在停止施加充電電流後達到平衡 後，執行在停止施加充電電流後測量該完全充電電池内部電導之該步 驟。 15 8.如申請專利範圍第5項所述數個充電/放電週期中追蹤一電池充電 狀態(soc)之方法，其中，該方法尚包括以下步驟：監控該電池於充 電期間之電導或電壓其一或兩者；及當該監控之電導及/或電壓大體 上穩定時，判定該電池大體上完全充電。 9.一種用以追蹤一電池隨著時間經過之健康狀態及充電狀態之方 2〇 法，包括以下步驟： 每隔一段時間評估一代表該電池能力之參數，得到一串值Ca ; 判定用於Ca之該串值中達到之數個最大值，及儲存此等值以作 為Ce ; 判定在該電池壽命期間由Ce達到之最大值，及儲存此值以作為 59 200928404 Cm ; 藉由比較Ce與Cm以判定該電池之健康狀態；及 藉由比較Ca與Ce以判定該電池之充電狀態。 10. 如申請專利範圍第9項所述追蹤一電池隨著時間經過的健康狀 態及充電狀態之方法，尚包括藉由比較Ce與一預設值Ceol以預測初 發電池故障之步驟。 ❹ ίο 15 ❹ 11. 如申請專利範圍第10項所述追蹤一電池隨著時間經過的健康狀 態及充電狀態之方法，其中Ceol設定為Cm之一預設部分。 12. 如申請專利範圍第9項所述追蹤一電池隨著時間經過的健康狀 態及充電狀態之方法’尚包括藉由比較Ca與一用於最大許可放電深 度之預設值Cdod以控制該電池充電之步驟。 13. 如申請專利範圍第12項所述追縱一電池隨著時間經過的健康狀 態及充電狀態之方法’其中Cdod設定為Cm之一預設部分。 14. 如申請專利範圍第9項所述追蹤一電池隨著時間經過的健康狀 態及充電狀態之方法，其中表示該電池能力之該參數係該電池之直流 (DC)内部電導。 15. 如申請專利範圍第9項所述追蹤一電池隨著時間經過的健康狀 態及充電狀態之方法’其中藉由以下步驟之進行以判定Ce . 施加充電電流至該電池，直到判定該電池大體上完全充電. 中止施加充電電流至該電池； 當不再施加充電電流時，測量該完全充電電池之電導Cn ;及 設定Ce等於Cn。 16. 如申請專職圍第15項所述追蹤—電池隨著時間經過的健康狀 態及充電狀態之方法，其中該電池已於充電後達到平衡時，執行當不 20 200928404 再施加充電電流時測量該完全充電電池之電導Cn之該步驟。 17. —種用以判定一電池健康狀況之儀器，包括： 一充電元件，用以施加充電電流至該電池； 一測量電路，用以測量該電池之電導； 5 ❹ 10 15 ❹ 20 一控制器，用以控制該充電元件及該測量電路之操作，該控制器 可用以： (1) 判定該電池何時大體上完全充電，及接著中止施加充電電流 至該電池； (2) 操作該測量電路用以測量正施加充電電流時該完全充電電池 之電導Cc，及當不再施加充電電流時用以測量該完全充電電池之電 導Cn ;及 (3)藉由比較Cn與Cc以評估該電池之健康狀況。 18_如申請專利範圍第17項所述判定一電池健康狀況之儀器，其 中該控制器尚用以監控該電池於充電期間之電導或電壓其一或兩者， 及當該監控之電導及/或電壓大體上穩定時，用以判定該電池大體上 完全充電。 19. 如申請專利範圍第17項所述判定一電池健康狀況之儀器，其 中該控制器尚用以判定該電池在停止施加充電電流後何時已達到平 衡’及用以接著測量該完全充電電池之電導Cn。 20. 如申請專利範圍第17項所述判定一電池健康狀況之儀器，其 中該儀器尚錢蹤該電池之充電狀態(s〇c)，及尚包括—電流測量元 件’用以測量進出該電池之電流流量，及提供該控制器—信號以回應 該測量’及其中該控制器尚執行以下步驟： ⑷藉由以下步驟執行—初始化例行工作： 61 200928404 儲存一值以用於該電池完全充電時之電導Cn，及採用此值作為 該電池在100% SOC之電導； 判定一值以用於該電池對應至〇% soc之電導； 當監控該電池電導中之對應變化時，監控進出該電池之電流流 5 量，用以建立其間之一標度因子；及 使用該標度因子以判定自100% SOC至〇% SOC對應至放電之 電流量； Φ (b)然後追蹤該電池之SOC，每次判定該電池為完全充電時藉由 以下步驟重新開始： 10 將該完全充電電池之SOC設定成100% ; 監控進出該電池之電流流量； 隨著時間經過積分運算該電流流量；及 • 利用該標度因子將用於該電流流量之該積分值轉換成一對應值以 用於SOC。 15 21. —種於數個充電/放電週期中追蹤一電池充電狀態（SOC)之儀 © 器，包括： 一充電元件，用以施加充電電流至該電池； 一測量電路，用以測量該電池之電導； 一控制，用以控制該充電元件及該測量電路之操作；及 2〇 一電流測量元件，用以測量進出該電池之電流流量，及提供該控 制器一信號以回應該測量， 其中該控制器可用以： (a)執行一初始化例行工作，包括以下步驟： 儲存一值以用於該電池完全充電時之電導Cn，及採用此值作為 62 200928404 該電池在100% SOC之電導； 判定一值以用於該電池對應至0% SOC之電導； 當監控該電池電導中之該對應變化時，監控進出該電池之電流流 量，用以建立其間之一標度因子；及 5 使用該標度因子以判定自100% SOC至0% SOC對應至放電之 電流量； (b)然後監控該電池之充電，用以判定該電池何時完全充電； 及 (C)追蹤該電池之SOC，每次判定該電池為完全充電時藉由以 10 下步驟重新開始： 將該完全充電電池之SOC設定成100% ; 監控進出該電池之電流流量； 隨著時間經過積分運算該電流流量；及 利用該標度因子將用於電流流量之該積分值轉換成一對應值以 15 用於SOC。 22.如申請專利範圍第21項所述數個充電/放電週期中追蹤一電 池充電狀態（SOC)之儀器，其中該儀器尚評估該電池之健康狀態 (SOH)，藉由操作該控制器以： 當正施加充電電流至該完全充電電池時，測量該電池之内部電 20導’及储存該測量值以作為Cc ; 停止施加充電電流後’測量該完全充電電池之内部電導，及儲存 該測量值以作為Cn ;及 藉由比較Cn與Cc以評估該電池之健康狀態（SOH)。 23·如申請專利範圍第22項所述數個充電/放電週期中追蹤一電 63 200928404 池充電狀態(SOC)之儀器，其中該控制H尚用以判定該電池於停止施 加充電電流後何時已達到平衡，及接著測量該完全充電電池之内部電 導Cn以用於與Cc之比較。 24·如申請專利範圍第21項所述數個充電/放電週期中追蹤—電 池充電狀態(SOC)之儀器，其中該控制器尚用以監控該電池於充電期 間之電導或電壓其一或兩者，及當該監控之電導及/或電壓大體上穩 定時，判定該電池為大體上完全充電。 25_—種用以追蹤一電池隨著時間經過之健康狀態及充電狀態之 儀器，包括： 一測量電路，用以測量一表示該電池能力之參數，及用以每隔— #又時間供一彳§號以回應該參數之一測量值，得到一串值;及 一控制器，回應該測量電路用以監控該串值Ca，及用以： 判定用於Ca之該串值中達到之該等最大值，及儲存此等值以作 為Ce ; 判定在該電池壽命期間由Ce達到之最大值，及儲存該值以作為 Cm ; 藉由比較Ce與Cm以判定該電池之健康狀態；及 藉由比較Ca與Ce以判定該電池之充電狀態。 26·如中請專利第25項所述追蹤—電紐著時間經過之健康 狀態及充電狀態之儀器，其t該控制器尚藉由比較Ce與—預設值 ce〇l以預測初發電池故障。 27.如申請專利範圍第26項所述細—電池隨著㈣經過之健康 狀態及充電狀態之儀器，其中㈤設定為〜之―預設部分。 28·如申請專利範圍第25項所述追^電池隨著時間經過之健康 64 200928404 狀態及充電狀態之儀器，其中該控制器尚藉由比較Ca與—用於最大 許可放電深度之預設值cd〇d，以控制該電池之充電。 29·如申請專利範圍第28項所述追蹤—電池隨著時間經過之健康 狀態及充電狀態之儀器，其中Cdod設定為Cm之一預設部分。 5 30.如申請專利範圍第25項所述追蹤—電池隨著時間經過之健康 狀態及充電狀態之儀器’其中該測量電路測量該電池之Dc内部電 導。 H 31 _如申請專利範圍第25項所述追蹤一電池隨著時間經過之健康 ，狀態及充電狀態之儀器’尚包括一可控式元件，用以施加充電電流至 10該電池，該元件對該控制器有反應，其中該控制器藉由以下步驟之進 行以判定Ce : • 當監控該電池之狀況時，令充電電流施加至該電池直到該控制器 . 判定該電池大體上完全充電； 中止充電電流施加至該電池； 15 當充電電流不再施加充電電流時，測量該完全充電電池之電導 ❹ Cn ;及 設定Ce等於Cn。 32. 如申請專利範圍第31項所述追蹤一電池隨著時間經過之健康 狀態及充電狀態之儀器，其中該控制器尚判定該電池於充電後何時已 2〇達到平衡，及當不再施加充電電流時，接著測量該完全充電電池之電 導Cn。 33. —種用於一車輛之電池充電監控及控制系統，其中一内燃機 在數個低負載條件下失能，該系統包括： 一第一電路，用以測量該車輛之一電池之電導或電壓其一戈兩 65 200928404 者； 一第二電路，用以測量該電池使用中流進流出之電荷；及 一控制器，用以： (1) 當該電池於充電期間由該第一電路測量之監控電導及/或電壓 5大體上穩定時，判定該電池大體上完全充電； (2) 然後不斷地監控該電池之充電狀態，以回應由該第二電路作 出之電流測量；及 φ (3)啟動該車輛之内燃機，俾當該電池之充電狀態指明想要驅動 一充電元件時照做。 10 34·如申請專利範圍第33項所述之電池充電監控及控制系統，其 中該控制器藉由以下步驟不斷地監控該電池之充電狀態(S〇C): (a)執行一初始化例行工作，包括以下步驟： - 儲存一值以用於該電池完全充電時之電導Cn，及採用此值作為 該電池在100% SOC之電導； 15 判定一值以用於該電池對應至0% SOC之電導； Φ 當監控該電池在其電導中之對應變化時，監控進出該電池之電流 流量，以建立其間之一標度因子；及 使用該標度因子以判定自100% SOC至〇% s〇c對應至放電之 電流流量； 20 (b)然後監控該電池之充電，以判定該電池何時完全充電；及 (c)追蹤該電池之SOC ’每次判定該電池完全充電時藉由以下步 驟重新開始： 將該完全充電電池之SOC設定成100〇/。； 監控進出該電池之電流流量； 66 200928404 隨著時間經過積分運算該電流流量；及 利用該標度因子將用於電流流量之該積分值轉換成一對應值以用 於 SOC。 35. 如申請專利範圍第34項所述之電池充電監控及控制系統，其 5 中藉由Cn乘以一預設值以判定該電池電導對應至0% SOC之該值。 36. 如申請專利範圍第34項所述之電池充電監控及控制系統，其 中當該充電狀態達到一設定為Cn之一預設部分之預設值Cdod時， i 該控制器啟動該内燃機以給該電池充電。
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