TW201834348A - 用於校準基於庫侖計數的充電狀態估計的方法和裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供了一種校準方法，用於校準電池單元的基於庫侖計數的充電狀態估計。該校準方法包括：確定電池單元是否處於特定的電荷狀態；若該電池單元不處於該特定的電荷狀態，根據該電池單元的基於開路電壓的充電狀態估計來校準用於在該基於庫侖計數的充電狀態估計中使用的初始值；若該電池單元處於該特定的電荷狀態，根據預設值校準該初始值。相應地，本發明還提供了一種校準裝置，用於校準電池單元的基於庫侖計數的充電狀態估計。採用本發明，可以提高電池單元的充電狀態估計的準確度。

Description

用於校準基於庫侖計數的充電狀態估計的方法和裝置
本發明涉及一種電池的充電狀態（state-of-charge，SOC）估計，以及更特別地，涉及一種用於校準基於庫侖計數（coulomb counting）的充電狀態（SOC）估計的方法和裝置。
電池被應用在許多應用中，如可擕式裝置、智慧手機、筆記型電腦、平板電腦等。對使用者來說，當電池需要充電時知道電池中剩餘的可用能量是重要的，以避免電池耗盡電力。
電池中剩餘的電荷量（amount of charges）通常用充電狀態（SOC）表示，充電狀態（SOC）是最大電池容量（maximum battery capacity）的百分比形式。通常，100％充電狀態（SOC）意味著電池單元充滿電，而0％充電狀態（SOC）意味著電池單元完全放電。
有幾種方法來估計電池單元的充電狀態（SOC）。其中一種方法是基於開路電壓（open circuit voltage，OCV）的充電狀態（SOC）估計，其主要基於電池單元的開路電壓（OCV）。該方法測量電池單元的兩端之間的電位差，以獲得開路電壓（OCV），並根據已知的OCV-SOC曲線將測量得到的開路電壓（OCV）轉換為充電狀態（SOC），其中，OCV-SOC曲線定義了OCV值和SOC值之間的關係。然而，由於電池單元的內部阻抗（internal impedance），難以精確地測量OCV（特別是當流經電池單元的電流較大時）。另一種方法是像庫侖計數一樣，對流入電池單元或從電池單元流出的電流進行積分，以計算流經電池單元的總電荷量，從而估計在給定時間段內的相對SOC變化（relative SOC change）。然而，由於庫侖計數僅估計相對SOC變化，因此有必要估計初始值，即電流開始被積分時的SOC值。因此，通過將相對SOC變化應用於該初始值，可以確定出實際的SOC。
儘管上述基於庫侖計數的SOC估計相對要準確一些，但是，在基於庫侖計數的SOC估計中仍然存在誤差。這是因為電池單元的SOC取決於其固有的化學特性和從電池單元汲取功率的電氣系統的特性。諸如電池老化（battery aging）或電池溫度等許多原因均可能導致初始值的估計不準確。此外，由於電池單元上的負載變化影響最大電池容量，因此，電池單元上的負載變化也會導致相對SOC變化的估計存在誤差，且還會影響相對SOC變化的計算。有鑑於此，需要定期校準基於庫侖計數的SOC估計，以保證準確的SOC估計。
有鑑於此，本發明的目的之一在於提供一種校準方法及裝置，用於校準電池單元的基於庫侖計數的充電狀態估計，以解決上述問題。
第一方面，本發明提供一種校準方法，用於校準電池單元的基於庫侖計數的充電狀態估計。該方法包括以下步驟：確定電池單元是否處於特定的電荷狀態；若電池單元不處於特定的電荷狀態，根據電池單元的基於開路電壓的充電狀態估計來校準用於在該基於庫侖計數的充電狀態估計中使用的初始值；若電池單元處於特定的電荷狀態，根據預設值校準該初始值。
第二方面，本發明提供一種校準裝置，用於校準電池單元的基於庫侖計數的充電狀態估計。該校準裝置包括：電池狀態確定電路、基於開路電壓的校準電路和基於預設值的校準電路。電池狀態確定電路用於確定電池單元是否處於特定的電荷狀態。基於開路電壓的校準電路耦接於電池狀態確定電路，以及，若電池狀態確定電路確定出電池單元不處於特定的電荷狀態，基於開路電壓的校準電路用於根據電池單元的基於開路電壓的充電狀態估計來校準用於在該基於庫侖計數的充電狀態估計中使用的初始值。基於預設值的校準電路耦接於電池狀態確定電路，以及，若電池狀態確定電路確定出電池單元處於特定的電荷狀態，基於預設值的校準電路用於根據預設值校準該初始值。
第三方面，本發明提供一種校準方法，用於校準電池單元的基於庫侖計數的充電狀態估計。該方法包括以下步驟：計算電池單元的平均放電電流；根據平均放電電流確定電池單元的暫態可用的最大電池容量；以及，根據暫態可用的最大電池容量校準用於在該基於庫侖計數的充電狀態估計中使用的相對充電狀態變化。
第四方面，本發明提供一種校準裝置，用於校準電池單元的基於庫侖計數的充電狀態估計。該校準裝置包括：平均放電電流計算電路、電池容量確定電路和校準電路。平均放電電流計算電路耦接於電池單元，且用於計算電池單元的平均放電電流。電池容量確定電路耦接於平均放電電流計算電路，用於根據平均放電電流確定電池單元的暫態可用的最大電池容量。校準電路耦接於電池容量確定電路，且用於根據暫態可用的最大電池容量校準用於在該基於庫侖計數的充電狀態估計中使用的相對充電狀態變化。
在上述技術方案中，通過校準基於庫侖計數的充電狀態估計中使用的初始值或者相對充電狀態變化來校準基於庫侖計數的充電狀態估計，從而提高電池單元的充電狀態估計的準確度。
以下描述為本發明實施的較佳實施例。以下實施例僅用來例舉闡釋本發明的技術特徵，並非用來限制本發明的範疇。在通篇說明書及申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的組件。所屬技術領域中具有通常知識者應可理解，製造商可能會用不同的名詞來稱呼同樣的組件。本說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區別組件的方式，而係以組件在功能上的差異來作為區別的基準。本發明的範圍應當參考后附的申請專利範圍來確定。在以下描述和申請專利範圍當中所提及的術語“包含”和“包括”為開放式用語，故應解釋成“包含，但不限定於…”的意思。此外，術語“耦接”意指間接或直接的電氣連接。因此，若文中描述一個裝置耦接至另一裝置，則代表該裝置可直接電氣連接於該另一裝置，或者透過其它裝置或連接手段間接地電氣連接至該另一裝置。
文中所用術語“基本”或“大致”係指在可接受的範圍內，所屬技術領域中具有通常知識者能夠解決所要解決的技術問題，基本達到所要達到的技術效果。舉例而言，“大致等於”係指在不影響結果正確性時，所屬技術領域中具有通常知識者能夠接受的與“完全等於”有一定誤差的方式。
通篇說明書對“一實施例”，“實施例”，“一示例”或“示例”的參考意味著結合該實施例或示例描述的特定特徵、結構或特性，其包括在本發明的至少一個實施例中。因此，通篇說明書中各地方的術語“在一實施例中”，“在實施例中”，“在一示例中”或“在示例中”的出現不一定都指代相同的實施例或示例。此外，該特定特徵、結構或特徵可以在一個或複數個實施例（或示例）中以任何適當的組合和/或子組合的形式組合。
本發明實施例可以被實現為裝置、方法或電腦程式產品。因此，這些實施例可以用整個硬體組合、整個軟體組合，以及，硬體和軟體組合的混合來實現，諸如軟體、固件、指令、微代碼等。在下文中，所有可能的組合被稱為“模組”、“功能模組”或“系統”。
附圖中的流程圖根據本發明的各種實施例示出了系統、方法和電腦程式產品的可能實現的架構、功能和操作。流程圖中的每個塊可以表示模組、段或代碼的一部分，該代碼包括用於實現特定邏輯功能的一個或複數個可執行指令。還應當注意到，流程圖描述中的每個塊可以由執行指定功能或動作的基於專用/通用硬體的系統來實現，或者由專用硬體和電腦指令的組合來實現。這些可執行指令可以存儲在電腦可讀介質中，這些指令可以使電腦或其它可程式設計資料處理裝置以特定方式工作。
本發明提供了一種用於校準充電狀態（SOC）估計的方法，電池的充電狀態（SOC）被用來反映電池的剩餘電量狀況，其被定義為電池剩餘電量與電池容量的比值，亦可稱作電池剩餘電量百分比。在本發明的一個方面中，該方法可以通過校正（correct）初始值來校準基於庫侖計數的充電狀態估計，其具有不同的方式來校正初始值，具體取決於電池單元的一個或者複數個狀態。在本發明的另一個方面中，該方法可以通過校正標稱的（nominal）最大電池容量和可用的（available）最大電池容量之間的誤差來校準相對SOC變化的估計。在本發明實施例中，標稱的最大電池容量（或最大電池容量的標稱值）亦可稱作零電流最大電池容量，其中，零電流最大電池容量為電池單元被充滿電而未放電時，電池單元的可用的最大電池容量（如第5圖所示橫軸的100%處所對應的電池容量）。
請參考第1圖，第1圖根據本發明一實施例示出了一種SOC估計校準系統100。SOC估計校準系統100可以包括電池狀態確定模組110、基於開路電壓的校準模組130和基於預設值的校準模組120，其中，基於開路電壓的校準模組130耦接於電池狀態確定模組110，基於預設值的校準模組120耦接於電池狀態確定模組110。此外，SOC估計校準系統100還可以包括基於庫侖計數的SOC計算模組300，但本發明並不限於此。SOC估計校準系統100用於校準初始值，該初始值用於在基於庫侖計數的SOC計算模組300（也可稱為基於庫侖計數的SOC計算電路）中使用，其中，基於庫侖計數的SOC計算模組300用於基於初始值和相對SOC變化來估計電池單元200的充電狀態（SOC）。基於庫侖計數的SOC計算模組300通過對流入電池單元200和/或從電池單元200流出的電流進行積分來估計該相對SOC變化。從而，基於庫侖計數的SOC計算模組300將該相對SOC變化應用於已被確定的初始值，可以獲得用於電池單元200的充電狀態（SOC）的估計值。
通常，SOC估計中存在誤差，SOC估計校準系統100需要盡可能地補償這些誤差。本發明提供的SOC估計校準系統100能夠以四種不同的方式來校準以上所描述的初始值。校準方法的選擇取決於電池單元200的一個或複數個狀態。為便於更好地理解本發明，請結合第2圖所示的SOC估計校準系統100的處理流程來參考第1圖。
在步驟201中，SOC估計校準系統100的電池狀態確定電路110確定電池單元200是否處於特定的電荷狀態（specific charge state）。該特定的電荷狀態是指電池單元200的空閒狀態（empty state）和/或完全狀態（full state）。處於空閒狀態意味著電池單元200被完全放電且達到其截止電壓（cut-off voltage），空閒狀態可以通過電子系統400發送的一用於指示空閒狀態的通知（notification）來檢測到，其中，電子系統400由電池單元200供電（步驟211）。通常，當電池單元200達到其截止電壓時，由於電池單元200的低電壓電平會不足以能夠驅動這些硬體元件，或者，甚至可能給電池單元200或硬體元件造成損壞，因此，電子系統400中的硬體元件（未示出）將觸發電子系統400發送此類通知。當電池狀態確定電路110接收到用於指示空閒狀態的通知時，流程可進入步驟213，以校準初始值，或者進入可選步驟212，以根據電池單元200上的電流和電壓測量來核實（double-checking）該空閒狀態。若根據用於指示空閒狀態的通知和/或電流和電壓測量確定出電池單元200的空閒狀態，則流程進入步驟213，否則流程結束。在步驟213中，基於預設值（default value）的校準模組120（也可稱為基於預設值的校準電路）校準初始值。具體地，基於預設值的校準模組120將基於庫侖計數的SOC計算模組300當前使用的初始值設置為電池單元200的充電狀態（SOC）的下限值（lower bound），其中，該下限值可以為0％或接近於0％的其它百分值。因此，基於預設值的校準模組120控制基於庫侖計數的SOC計算模組300來重置累計積分資料（accumulated integration data）以及重新開始新的積分，以根據SOC的新初始值獲得相對SOC變化。
處於完全狀態意味著電池單元200被完全充電並達到其標稱的最大電壓，其可以通過充電裝置250發送的通知來檢測到，充電裝置250用於給電池單元200充電（步驟221）。通常，充電裝置250能夠獲知電池單元200被完全充電，從而發送用於指示完全狀態的通知。當電池狀態確定電路110接收到用於指示完全狀態的通知時，流程可進入步驟223，以校準初始值，或者進入可選步驟222，以根據電池單元200上的電流和電壓測量來核實完全狀態。若通過用於指示完全狀態的通知和/或電流和電壓測量已確定出電池單元200的完全狀態，則流程進入步驟223，否則流程結束。在步驟223中，基於預設值的校準模組120校準初始值。具體地，基於預設值的校準模組120將基於庫侖計數的SOC計算模組300當前使用的初始值設置為電池單元200的充電狀態（SOC）的上限值，該上限值可以為100％或接近於100％的其它百分值。從而，基於預設值的校準模組120控制基於庫侖計數的SOC計算模組300來重置累計積分資料，以及，從100％充電狀態（SOC）重新開始新的積分。
此外，若電池狀態確定模組110確定出電池單元200既不處於完全狀態也不處於空閒狀態，則基於開路電壓（OCV）的校準模組130（也稱為基於開路電壓的校準電路）將用來校準初始值。在基於開路電壓（OCV）的校準模組130用來校準初始值之前，電池狀態確定模組110還用於檢查電池單元200是否處於穩定狀態（steady state）（步驟231）。這是因為基於開路電壓（OCV）的校準模組130基於電池單元200的開路電壓（OCV）來校準初始值，而開路電壓（OCV）的估計受電池單元200的穩定性的影響，因此，基於開路電壓（OCV）的校準模組130需要更保守地校準。
若電池單元200不處於穩定狀態，則基於開路電壓（OCV）的校準模組130的校準結果將不是很準確。因此，在步驟231中，電池狀態確定模組110確定電池單元200是否處於穩定狀態。具體而言，根據電子系統400在給定時間段內（如30秒）是否處於睡眠狀態，以及，電池單元200在該給定時間段內的電荷量變化是否低於電荷量閾值，來確定電池單元200是否處於穩定狀態。例如，若電子系統400在該給定時間段內處於睡眠狀態且電荷量變化低於該電荷量閾值，則確定電池單元200處於穩定狀態；若電子系統400在該給定時間段內未持續處於睡眠狀態或者電荷量變化不低於該電荷量閾值，則確定電池單元200不處於穩定狀態。電池單元200中的電荷量變化可以通過對給定時間段內的流經電池單元200的平均電流進行積分來獲得（例如，基於庫侖計數的SOC計算模組300產生的累計積分資料）。一旦兩個條件均滿足，則電池單元200被確定為處於穩定狀態，以及，流程進入步驟233。在步驟233中，由於電池單元200處於穩定狀態，因此，基於開路電壓（OCV）的校準模組130從OCV測量電路或通過自身測量OCV來獲得電池單元200的暫態（instant）開路電壓（OCV）。從而，基於開路電壓（OCV）的校準模組130可根據查閱資料表（look-up table，LUT）確定基於開路電壓（OCV）的SOC，其中，查閱資料表位於基於開路電壓（OCV）的校準模組130的內部或外部，用於存儲與SOC值相關聯的OCV值，即查閱資料表存儲有OCV和SOC的複數組預設值。因此，一旦找到與暫態（instantly）測量到的開路電壓（OCV）相關聯的SOC值，則基於開路電壓（OCV）的校準模組130將基於庫侖計數的SOC計算模組300當前使用的初始值設置為該暫態開路電壓（OCV）相關聯的SOC值，並且控制基於庫侖計數的SOC計算模組300來重置累計積分資料以及從校準後的初始值重新開始新的積分。
然而，若在步驟231中確定出電池單元不處於穩定狀態，則基於開路電壓（OCV）的校準模組130僅在基於開路電壓（OCV）的SOC和估計得到的SOC值之間存在顯著差異時才校準初始值。當確定出電池單元200不處於穩定狀態時，基於開路電壓（OCV）的校準模組130通過外部OCV測量電路或自身測量而週期性（periodically）獲得電池單元200的OCV。根據週期性獲得的開路電壓（OCV），基於開路電壓（OCV）的校準模組130將週期性獲得的開路電壓（OCV）轉換為基於開路電壓（OCV）的SOC，並將基於開路電壓（OCV）的SOC值與基於庫侖計數的SOC計算模組300週期性獲得的SOC的估計值進行比較。只有當基於開路電壓（OCV）的SOC和SOC的估計值之間的差異高於閾值時，基於開路電壓（OCV）的校準模組130才校準初始值。在步驟234中，一旦發現該差異足夠大，則基於開路電壓（OCV）的校準模組130將基於庫侖計數的SOC計算模組300當前使用的初始值設置為基於開路電壓（OCV）的SOC，並且控制基於庫侖計數的SOC計算模組300來重置累計積分資料並從校準後的初始值重新開始新的積分。
通常，造成SOC的估計不準確的其它因素還包括電池單元上的負載和電池單元的老化。以下描述將解釋如何校準電池單元上的負載和電池單元的老化造成的誤差。應當說明的是，本發明實施例可以分別單獨考慮負載或電池單元的老化對SOC的校準，其實現的具體細節可參考以下實施例的描述。
由於電池單元的內部電阻，當流經電池單元200的電流較大時，SOC估計將受到很大影響。如上所述，基於庫侖計數的SOC估計依賴於相對SOC變化。通常，相對SOC變化可被確定為（QINT /QMAX ）的比率，其中，QINT 是電池單元200流出的總電荷量，總電荷量可通過對從電池單元200流出的電流進行積分獲得（故亦可將總電荷量稱作積分電荷量），而QMAX 是電池單元200的最大電池容量，在計算相對SOC變化時，QMAX 通常被施加為最大電池容量的標稱值。然而，相對SOC變化實際上會隨電池單元200的“實際的”/“可用的”（“actual”/”available”）最大電池容量變化，以及，“實際的”/“可用的”最大電池容量會隨負載（如，放電電流）和電池老化而變化。在估計相對SOC變化中使用標稱值作為分母將帶來誤差。尤其在重負載條件下，若仍然使用標稱值來計算（QINT /QMAX ）的比率，則相對SOC變化的估計將變得非常不準確。
鑒於此，SOC估計校準系統500通過將調整因數應用於最大電池容量QMAX 的標稱值來調整最大電池容量QMAX ，以反映電池單元200上的負載和電池老化的影響。換句話說，（QINT /QMAX ）的分母將被校正為關於電池單元200的暫態負載和電池老化狀態的“可用的”最大電池容量。校準後的相對SOC變化可以表示為：QINT /（QMAX *F1 *F2 ），其中，F1 是反映電池單元200的暫態負載的調整因數，F2 是反映電池老化狀態的調整因數。此外，調整因數F1 和F2 的乘積可以是：QMAX _INST /QMAX ，其中，QMAX_INST 是在電池單元200的暫態負載和暫態電池老化狀態下可用的最大電池容量。此外，為了考慮電池單元200的溫度所造成的影響，還可以根據溫度和最大電池容量QMAX 之間的已知關係來校正最大電池容量QMAX 。
根據本發明的各種實施例，可以通過兩種可行的方式來確定暫態負載下可用的最大電池容量QMAX _INST 。在第一種方式中，首先確定電池單元200的平均放電電流IAVG ，其中，平均放電電流IAVG 反映電池單元200的負載。因此，根據電池單元200的放電電流與可用的最大電池容量之間的已知的預設關係確定出關於平均放電電流IAVG 的暫態負載的可用的最大電池容量。在一示例中，該預設關係可以是預先獲得的關於電池單元200的放電電流與可用的最大電池容量的複數組預設值所體現出來的關係。例如，可以通過查閱資料表形式存儲放電電流與可用的最大電池容量的複數組預設值來獲得該預設關係，總之，通過預設資料可以獲得該預設關係，具體地，本發明實施例不做限制。在第二種方式中，首先也是確定電池單元200的平均放電電流IAVG ，其中，平均放電電流IAVG 反映電池單元200的負載。然後，根據電池單元200的截止電壓和該平均放電電流IAVG 獲得電池單元200的暫態開路電壓。即，電池單元200的平均放電電流IAVG 被用來獲得關於IAVG 的暫態負載的暫態開路電壓。從而，可以根據電池單元200的開路電壓（OCV）與電池單元200的可用的最大電池容量之間的已知的預設關係找到關於IAVG 的暫態負載的可用的最大電池容量。在一示例中，該已知的預設關係可以是預先獲得的關於電池單元200的開路電壓（OCV）與可用的最大電池容量的複數組預設值所體現出來的關係。總之，可以預先獲得該預設關係，具體地，本發明實施例不做限制。
請參考第3圖，第3圖示出了SOC估計校準系統500，其用於校準由電池單元200上的負載引起的誤差，為便於理解，還請一併參考第4圖。基於庫侖計數的SOC估計校準系統500包括平均放電電流計算模組（average discharge current calculation block）510（也可稱為平均放電電流計算電路）、電池參數存儲模組（battery parameter storage block）530、電池容量確定模組（battery capacity determination block）540（也可稱為電池容量確定電路）和校準模組（calibration block）580（也可稱為校準電路），其中，平均放電電流計算模組520耦接於電池單元200，且用於計算電池單元200的平均放電電流；電池容量確定模組540耦接於平均放電電流計算模組520，且用於根據平均放電電流確定電池單元200的暫態可用的最大電池容量；校準模組580耦接於電池容量確定模組540，用於根據暫態可用的最大電池容量校準用於在所述基於庫侖計數的充電狀態估計中使用的相對充電狀態變化。此外，SOC估計校準系統500還可以包括調整因數確定模組（adjusting factor determination block）560（也可稱為調整因數確定電路），調整因數確定模組560耦接於電池容量確定模組540，且用於根據暫態可用的最大電池容量確定調整因數，校準模組580用於根據調整因數校準用於在所述基於庫侖計數的充電狀態估計中使用的相對充電狀態變化。在步驟601中，平均放電電流計算模組520用於計算電池單元200在給定時間段內的平均放電電流IAVG ，其中，平均放電電流IAVG 反映電池單元200上的暫態負載。平均放電電流計算模組520可以具有電流檢測模組，用於以一定的取樣速率對電池單元200的放電電流進行採樣和檢測，並且在達到一定時間的採樣之後，平均放電電流計算模組520根據所有採樣得到的放電電流計算平均放電電流IAVG 。
電池參數存儲模組530可以存儲與可用的最大電池容量的已知值相關聯的放大電流的複數組已知值。例如，第一電流I1 、關於I1 的負載的第一可用最大電池容量QMAX _I1 、第二電流I2 ，以及關於I2 的負載的第二可用最大電池容量QMAX _I2 。第一可用最大電池容量QMAX _I1 為電池單元200以第一電流I1 放電時，預先獲得的關於電池單元200的可用的最大電池容量；第二電流可用最大電池容量QMAX _I2 為電池單元200以不同於第一電流I1 的第二電流I2 放電時，預先獲得的關於電池單元200的可用的最大電池容量。在步驟602中，電池容量確定模組540根據平均放電電流IAVG 確定暫態可用的最大電池容量QMAX _INST ，換言之，確定在IAVG 的負載下暫態可用的最大電池容量QMAX _INST 。具體而言，電池容量確定模組540根據第一電流I1 、第二電流I2 、關於I1 的負載的第一可用最大電池容量QMAX _I1 ，以及關於I2 的負載的第二可用最大電池容量QMAX _I2 進行插值計算（interpolation computation），例如，線性擬合/函數擬合，以獲得在IAVG 的負載下暫態可用的最大電池容量QMAX _INST ，其中，IAVG 介於I1 和I2 之間。
在另一實施例中，首先根據平均放電電流確定電池單元200關於暫態負載的暫態開路電壓，然後利用開路電壓（OCV）和可用的最大電池容量之間已知的預設關係，根據該暫態開路電壓來確定電池單元200關於暫態負載的暫態可用的最大電池容量。具體地，平均放電電流計算模組520計算電池單元200的平均放電電流IAVG ，IAVG 用於反映電池單元200上的暫態負載。為便於更好地理解，請參考第5圖。根據平均放電電流計算IAVG ，電池容量確定模組540確定關於IAVG 的暫態負載的暫態開路電壓VC_LOAD 。由於電池單元200具有內部電阻R_INST ，因此，可以通過（VC + IAVG * R_INST ）來計算關於IAVG 的負載的暫態開路電壓VC_LOAD ，其中，VC 是電池單元200截止電壓，以及，通過檢查電池參數存儲塊530可以獲知此時的內部電阻R_INST 。在一示例中，電池參數存儲模組530可以存儲電池容量與內部電阻之間的預設關係（如複數組已知值），從而，根據當前的電池容量可以獲得暫態內部電阻。
此外，電池參數存儲模組530可以存儲開路電壓（OCV）與可用的最大電池容量之間已知的預設關係（例如，可以是以如第5圖所示的放電深度（depth of discharge，DOD）的形式），例如，以查閱資料表（lookup table，LUT）的形式，其中，DOD表示電池放電量與額定的最大電池容量的百分比。從而，電池容量確定模組540可確定關於暫態開路電壓VC_LOAD （即，關於IAVG 的負載）的暫態可用的最大電池容量QMAX _INST 。調整因數確定模組560可以基於暫態可用的最大電池容量QMAX _INST 和最大電池容量QMAX （即零電流最大電池容量）來確定調整因數F1 。將校準前獲得的相對充電狀態變化除以調整因數F1 獲得校準後的相對充電狀態。
此外，為了確定調整因數F2 ，電池容量確定模組540可以估計在一定的持續時間內流入或從電池單元200流出的總電荷量。例如，當充電狀態（SOC）從100％變為0，從70％變化到0或者從30％變化到100％時，電池容量確定模組540可以估計流入或從電池單元200流出的總電荷量。一旦估計得到關於上述一定的持續時間內的總電荷量，則根據電荷量和可用的最大電池容量之間已知的預設關係，電池容量確定模組540可以估計出暫態可用的最大電池容量QMAX _INST' 。因此，調整因數確定模組560可以基於暫態可用的最大電池容量QMAX _INST' 和最大電池容量QMAX 來確定調整因數F2 。
在暫態可用的最大電池容量QMAX _INST 和QMAX _INST' 被確定出來後，調整因數確定電路560通過計算（QMAX _INST /QMAX ）和（QMAX _INST' /QMAX ）的比率來確定調整因數F1 和F2 （例如，可參考步驟603，在步驟603中，根據暫態可用的最大電池容量QMAX _INST 確定調整因數F1 。因此，在步驟604中（根據調整因數F1 校準相對充電狀態變化），在一示例中，校準電路580通過將調整因數F1 和F2 應用到基於庫侖計數的SOC估計模組300中，來校準由基於庫侖計數的SOC估計模組300所確定的相對SOC變化（QINT /QMAX ）。結果是，校準後的相對SOC變化將是QINT /(QMAX *F1 *F2 )=QINT /(QMAX *(QMAX _INST /QMAX )*(QMAX _INST' /QMAX ))，其如實地反映了電池單元200上的負載變化和電池單元200的老化的影響。在另一示例中，校準電路580可以將調整因數F1 應用到基於庫侖計數的SOC估計模組300中，以校準由基於庫侖計數的SOC估計模組300所確定的相對SOC變化（QINT /QMAX ）。結果是，校準後的相對SOC變化將是QINT /(QMAX *F1 )=QINT /（QMAX *（QMAX _INST /QMAX ）），其如實地反映了電池單元200上的負載變化的影響。在又一示例中，在獲得暫態可用的最大電池容量QMAX _INST 之後，進而可以直接獲得校準後的相對SOC變化為QINT /QMAX _INST ，其如實地反映了電池單元200上的負載變化的影響。
綜上所述，本發明提供的方法和系統可以有效地校準基於庫侖計數的SOC估計中的誤差。
雖然已經對本發明實施例及其優點進行了詳細說明，但應當理解的係，在不脫離本發明的精神以及申請專利範圍所定義的範圍內，可以對本發明進行各種改變、替換和變更，例如，可以通過結合不同實施例的若干部分來得出新的實施例。所描述的實施例在所有方面僅用於說明的目的而並非用於限制本發明。本發明的保護範圍當視所附的申請專利範圍所界定者為准。所屬技術領域中具有通常知識者皆在不脫離本發明之精神以及範圍內做些許更動與潤飾。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
100、500‧‧‧SOC估計校準系統
200‧‧‧電池單元
300‧‧‧基於庫侖計數的SOC計算模組
400‧‧‧電子系統
110‧‧‧電池狀態確定模組
120‧‧‧基於預設值的校準模組
130‧‧‧基於開路電壓的校準模組
250‧‧‧充電裝置
201、211、221、222、212、223、213、231、232、233、234、601、602、603、604‧‧‧步驟
510‧‧‧平均放電電流計算模組
530‧‧‧電池參數存儲模組
540‧‧‧電池容量確定模組
560‧‧‧調整因數確定模組
580‧‧‧校準模組。
第1圖根據本發明一實施例示出了一種SOC估計校準系統。 第2圖根據本發明一實施例示出了第1圖的SOC估計校準系統的處理流程。 第3圖根據本發明另一實施例示出了SOC估計校準系統。 第4圖根據本發明另一實施例示出了第3圖的SOC估計校準系統的處理流程。 第5圖根據本發明一實施例示出了如何確定暫態可用的最大電容容量。

Claims (28)

  1. 一種校準方法，用於校準電池單元的基於庫侖計數的充電狀態估計，其中，該校準方法包括： 確定該電池單元是否處於特定的電荷狀態； 若該電池單元不處於該特定的電荷狀態，根據該電池單元的基於開路電壓的充電狀態估計來校準用於在該基於庫侖計數的充電狀態估計中使用的初始值； 若該電池單元處於該特定的電荷狀態，根據預設值校準該初始值。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述之校準方法，其中，該校準方法還包括： 將校準後的初始值應用於該基於庫侖計數的充電狀態估計，並基於該校準後的初始值重新開始該基於庫侖計數的充電狀態估計的積分。
  3. 根據申請專利範圍第1項或第2項所述之校準方法，其中，確定該電池單元是否處於該特定的電荷狀態的步驟包括： 根據充電裝置發送的第一通知來確定該電池單元是否處於完全狀態，其中，該第一通知用於指示該完全狀態；以及 根據由該電池單元供電的電子系統發送的第二通知來確定該電池單元是否處於空閒狀態，其中，該第二通知用於指示該空閒狀態。
  4. 根據申請專利範圍第3項所述之校準方法，其中，若該電池單元處於該特定的電荷狀態，根據該預設值校準該初始值的步驟包括： 若該電池單元被確定出處于該完全狀態，將該初始值設置為該電池單元的充電狀態的上限值。
  5. 根據申請專利範圍第3項所述之校準方法，其中，若該電池單元處於該特定的電荷狀態，根據該預設值校準該初始值的步驟包括： 若該電池單元被確定出處於該空閒狀態，將該初始值設置為該電池單元的充電狀態的下限值。
  6. 根據申請專利範圍第1項所述之校準方法，其中，根據該電池單元的該基於開路電壓的充電狀態估計來校準該初始值的步驟包括： 確定該電池單元是否處於穩定狀態； 若該電池單元不處於該穩定狀態，根據週期性測量該電池單元獲得的開路電壓來確定基於開路電壓的充電狀態； 確定該基於開路電壓的充電狀態和由該基於庫侖計數的充電狀態估計所確定的充電狀態估計值之間的差異是否高於閾值；以及 若該差異高於該閾值，將該初始值設置為該基於開路電壓的充電狀態。
  7. 根據申請專利範圍第1項所述之校準方法，其中，根據該電池單元的該基於開路電壓的充電狀態估計來校準該初始值的步驟包括： 確定該電池單元是否處於穩定狀態； 若該電池單元處於該穩定狀態，根據暫態測量該電池單元獲得的該電池單元的開路電壓確定基於開路電壓的充電狀態；以及 將該初始值設置為該基於開路電壓的充電狀態。
  8. 根據申請專利範圍第6項或第7項所述之校準方法，其中，確定該電池單元是否處於該穩定狀態的步驟包括： 確定由該電池單元供電的電子系統是否在給定時間段內處於睡眠狀態； 確定該電池單元在該給定時間段內的電荷量變化是否低於閾值；以及 若該電子系統在該給定時間段內處於該睡眠狀態且該電荷量變化低於該閾值，確定該電池單元處於該穩定狀態； 若該電子系統在該給定時間段內未持續處於該睡眠狀態或者該電荷量變化不低於該閾值，確定該電池單元不處於該穩定狀態。
  9. 一種校準裝置，用於校準電池單元的基於庫侖計數的充電狀態估計，其中，該校準裝置包括： 電池狀態確定電路，用於確定該電池單元是否處於特定的電荷狀態； 基於開路電壓的校準電路，耦接於該電池狀態確定電路，以及，若該電池狀態確定電路確定出該電池單元不處於該特定的電荷狀態，該基於開路電壓的校準電路用於根據該電池單元的基於開路電壓的充電狀態估計來校準用於在該基於庫侖計數的充電狀態估計中使用的初始值；以及 基於預設值的校準電路，耦接於該電池狀態確定電路，以及，若該電池狀態確定電路確定出該電池單元處於該特定的電荷狀態，該基於預設值的校準電路用於根據預設值校準該初始值。
  10. 根據申請專利範圍第9項所述之校準裝置，其中，該校準裝置還包括： 基於庫侖計數的充電狀態計算模組，耦接於該基於開路電壓的校準電路和該基於預設值的校準電路，用於將校準後的初始值應用於該基於庫侖計數的充電狀態估計，並基於該校準後的初始值重新開始該基於庫侖計數的充電狀態估計的積分。
  11. 根據申請專利範圍第9項或第10項所述之校準裝置，其中，該電池狀態確定電路具體用於： 根據充電裝置發送的第一通知來確定該電池單元是否處於完全狀態，其中，該第一通知用於指示該完全狀態；以及 根據由該電池單元供電的電子系統發送的第二通知來確定該電池單元是否處於空閒狀態，其中，該第二通知用於指示該空閒狀態。
  12. 根據申請專利範圍第11項所述之校準裝置，其中，若該電池狀態確定電路確定出該電池單元處於該完全狀態，則該基於預設值的校準電路將該初始值設置為該電池單元的充電狀態的上限值。
  13. 根據申請專利範圍第11項所述之校準裝置，其中，若該電池狀態確定電路確定出該電池單元處與於該空閒狀態，則該基於預設值的校準電路將該初始值設置為該電池單元的充電狀態的下限值。
  14. 根據申請專利範圍第9項所述之校準裝置，其中，該電池狀態確定電路還用於確定該電池單元是否處於穩定狀態； 若該電池狀態確定電路確定出該電池單元不處於該穩定狀態，則該基於開路電壓的校準電路根據週期性測量該電池單元獲得的開路電壓來確定基於開路電壓的充電狀態；確定該基於開路電壓的充電狀態和由該基於庫侖計數的充電狀態計算模組所確定的充電狀態估計值之間的差異是否高於閾值；若該差異高於該閾值，將該初始值設置為該基於開路電壓的充電狀態。
  15. 根據申請專利範圍第9項所述之校準裝置，其中，該電池狀態確定電路還用於確定該電池單元是否處於穩定狀態； 若該電池狀態確定電路確定出該電池單元處於該穩定狀態，則該基於開路電壓的校準電路根據暫態測量該電池單元獲得的該電池單元的開路電壓確定基於開路電壓的充電狀態；以及，將該初始值設置為該基於開路電壓的充電狀態。
  16. 根據申請專利範圍第14項或第15項所述之校準裝置，其中，該電池狀態確定電路具體用於： 確定由該電池單元供電的電子系統是否在給定時間段內處於睡眠狀態； 確定該電池單元在該給定時間段內的電荷量變化是否低於閾值；以及 若該電子系統在該給定時間段內處於該睡眠狀態且該電荷量變化低於該閾值，確定該電池單元處於該穩定狀態； 若該電子系統在該給定時間段內未持續處於該睡眠狀態或者該電荷量變化不低於該閾值，確定該電池單元不處於該穩定狀態。
  17. 一種校準方法，用於校準電池單元的基於庫侖計數的充電狀態估計，其中，該校準方法包括： 計算該電池單元的平均放電電流； 根據該平均放電電流確定該電池單元的暫態可用的最大電池容量；以及 根據該暫態可用的最大電池容量校準用於在該基於庫侖計數的充電狀態估計中使用的相對充電狀態變化。
  18. 根據申請專利範圍第17項所述之校準方法，其中，根據該暫態可用的最大電池容量校準用於在該基於庫侖計數的充電狀態估計中使用的相對充電狀態變化的步驟包括： 根據該暫態可用的最大電池容量確定調整因數；以及， 根據該調整因數校準用於在該基於庫侖計數的充電狀態估計中使用的相對充電狀態變化。
  19. 根據申請專利範圍第17項或第18項所述之校準方法，其中，根據該平均放電電流確定該暫態可用的最大電池容量的步驟包括： 根據第一電流、第二電流、該平均放電電流、第一可用最大電池容量和第二可用最大電池容量，通過插值計算來確定該暫態可用的最大電池容量； 其中，該平均放電電流的取值介於該第一電流和該第二電流之間；該第一可用最大電池容量為該電池單元以該第一電流放電時，該電池單元的可用的最大電池容量；以及，該第二可用最大電池容量為該電池單元以不同於該第一電流的第二電流放電時，該電池單元的可用的最大電池容量。
  20. 根據申請專利範圍第17項或第18項所述之校準方法，其中，根據該平均放電電流確定該暫態可用的最大電池容量的步驟包括： 確定該電池單元的截止電壓； 確定該電池單元的暫態內部電阻； 根據該平均放電電流、該截止電壓和該暫態內部電阻確定關於該平均放電電流的暫態開路電壓；以及 根據開路電壓和可用的最大電池容量之間的預設關係確定該暫態開路電壓對應的該暫態可用的最大電池容量。
  21. 根據申請專利範圍第18項所述之校準方法，其中，根據該暫態可用的最大電池容量確定該調整因數的步驟包括： 將該暫態可用的最大電池容量除以零電流最大電池容量，以確定該調整因數，其中，該零電流最大電池容量為該電池單元被充滿電而未放電時該電池單元的可用的最大電池容量。
  22. 根據申請專利範圍第21項所述之校準方法，其中，該相對充電狀態變化是通過流經該電池單元的積分電荷量與該零電流最大電池容量的比率確定的，以及，根據該調整因數調整該相對充電狀態變化的步驟包括： 將該相對充電狀態變化除以該調整因數。
  23. 一種校準裝置，用於校準電池單元的基於庫侖計數的充電狀態估計，其中，該校準裝置包括： 平均放電電流計算電路，耦接於該電池單元，且用於計算該電池單元的平均放電電流； 電池容量確定電路，耦接於該平均放電電流計算電路，用於根據該平均放電電流確定該電池單元的暫態可用的最大電池容量；以及， 校準電路，耦接於該電池容量確定電路，且用於根據該暫態可用的最大電池容量校準用於在該基於庫侖計數的充電狀態估計中使用的相對充電狀態變化。
  24. 根據申請專利範圍第23項所述之校準裝置，其中，該校準裝置還包括： 調整因數計算電路，耦接於該電池容量確定電路，且用於根據該暫態可用的最大電池容量確定調整因數； 其中，該校準電路耦接於該調整因數計算電路，用於根據該調整因數校準用於在該基於庫侖計數的充電狀態估計中使用的相對充電狀態變化。
  25. 根據申請專利範圍第23項或第24項所述之校準裝置，其中，該電池容量確定電路具體用於： 根據第一電流、第二電流、該平均放電電流、第一可用最大電池容量和第二可用最大電池容量，通過插值計算來確定該暫態可用的最大電池容量； 其中，該平均放電電流的取值介於該第一電流和該第二電流之間；該第一可用最大電池容量為該電池單元以該第一電流放電時，該電池單元的可用的最大電池容量；以及，該第二可用最大電池容量為該電池單元以不同於該第一電流的第二電流放電時，該電池單元的可用的最大電池容量。
  26. 根據申請專利範圍第23項或第24項所述之校準裝置，其中，該電池容量確定電路根據電池單元的截止電壓、電池單元的暫態內部電阻和該平均放電電流確定關於該平均放電電流的暫態開路電壓；以及，根據關於該電池單元的開路電壓和可用的最大電池容量之間的預設關係確定該暫態開路電壓對應的該暫態可用的最大電池容量。
  27. 根據申請專利範圍第24項所述之校準裝置，其中，該調整因數計算電路將該暫態可用的最大電池容量除以零電流最大電池容量，以確定該調整因數，其中，該零電流最大電池容量為該電池單元被充滿電而未放電時該電池單元的可用的最大電池容量。
  28. 根據申請專利範圍第27項所述之校準裝置，其中，該相對充電狀態變化是通過流經該電池單元的積分電荷量與該零電流最大電池容量的比率確定的，以及，該校準電路通過將該相對充電狀態變化除以該調整因數校準該相對充電狀態變化。
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