TWI586982B - 電池內阻計算方法 - Google Patents

Description

電池內阻計算方法

本發明係有關於一種電池技術，且特別是有關於一種電池內阻計算方法。

為能準確對電池進行控制，需要合理地估算出電池之電量，而估算電池電量的主要因素之一，便是電池之內阻。上述電池內阻會成為估算電池電量的主要因素之一，是由於電池內阻會隨著電池老化而提高，因此，無法單純的以電池生產時之電池內阻，來估算電池電量，以避免電量估算之誤差。

由此可見，現有的方式顯然仍存在不便與缺陷，而有待改進。為了解決上述問題，相關領域莫不費盡心思來謀求解決之道，但長久以來仍未發展出適當的解決方案。

發明內容旨在提供本揭示內容的簡化摘要，以使閱讀者對本揭示內容具備基本的理解。此發明內容並非本揭示內容的完整概述，且其用意並非在指出本發明實施例的重要/關鍵元件或界定本發明的範圍。

本發明內容之一目的是在提供一種電池內阻計算方法，藉以改善先前技術的問題。

為達上述目的，本發明內容之一技術態樣係關於一種電池內阻計算方法，此方法包含以下步驟：於第一階段判斷電池之放電是否達到定電流放電狀態，以取得定電流放電的電流；若電池之放電達到定電流放電狀態，則於第二階段持續定電流放電至預設放電時間之後，判斷電池之放電是否截止，以取得電池之截止電壓；若電池之放電已截止，則進入第三階段，經過預設靜置時間後，判斷電池之電壓是否恢復至穩態電壓；以及根據穩態電壓、截止電壓及定電流放電的電流以計算電池之電池內阻。

因此，根據本發明之技術內容，本發明實施例藉由提供一種電池內阻計算方法，藉以即時計算出電池內阻來估算電池電量，以避免電量估算之誤差。

在參閱下文實施方式後，本發明所屬技術領域中具有通常知識者當可輕易瞭解本發明之基本精神及其他發明目的，以及本發明所採用之技術手段與實施態樣。

1000‧‧‧方法

1100、1200、1300、1400‧‧‧步驟

1110~1160‧‧‧步驟

1210~1260‧‧‧步驟

1310~1350‧‧‧步驟

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖係繪示依照本發明一實施方式的一種電池內阻計算方法之流程圖。

第2圖係依照本發明另一實施例繪示一種如第1圖所示之 電池內阻計算方法的詳細步驟示意圖。

第3圖係依照本發明再一實施例繪示一種如第1圖所示之電池內阻計算方法的詳細步驟示意圖。

第4圖係依照本發明又一實施例繪示一種如第1圖所示之電池內阻計算方法的詳細步驟示意圖。

根據慣常的作業方式，圖中各種特徵與元件並未依比例繪製，其繪製方式是為了以最佳的方式呈現與本發明相關的具體特徵與元件。此外，在不同圖式間，以相同或相似的元件符號來指稱相似的元件/部件。

為了使本揭示內容的敘述更加詳盡與完備，下文針對了本發明的實施態樣與具體實施例提出了說明性的描述；但這並非實施或運用本發明具體實施例的唯一形式。實施方式中涵蓋了多個具體實施例的特徵以及用以建構與操作這些具體實施例的方法步驟與其順序。然而，亦可利用其他具體實施例來達成相同或均等的功能與步驟順序。

除非本說明書另有定義，此處所用的科學與技術詞彙之含義與本發明所屬技術領域中具有通常知識者所理解與慣用的意義相同。

為瞭解本發明之技術特徵，先行介紹本發明所偵測之電池的狀況。此電池在放電電流不同的狀況下，雖然放電截止電壓相同，然而，實際對電池的放電深度不同。上述狀況的成因，是由於電池內阻造成了電池壓降，此電池壓降會隨著 放電電流變大而增大。當電池放電截止並靜置一段時間後，電池會緩緩回到開路電壓，電池回復的開路電壓會隨放電電流的差異而有所不同，舉例來說，倘若放電電流越大，則電池回復的開路電壓會越高。

為了避免不同的負載電流，影響每次電池的放電量，進而影響電池電量估算的精準度。在電池放電時，可加入內阻補償功能，讓電池維持固定的放電深度。上述內阻補償功能是在電池電壓達到放電截止電壓時，將目前電池電壓加上內阻造成的壓降，來估測目前電池合理的開路電壓值。一旦推估的開路電壓值達到放電截止電壓，才停止對電池放電。

若電池管理系統欲實現上述內阻補償功能，電池管理系統必須有一套機制，在電池使用中的狀況下，即時地計算與更新電池內阻值。綜上所述，為即時計算出電池內阻來估算電池電量，以避免電量估算之誤差，本發明提出一種電池內阻計算方法，說明如後。

第1圖係繪示依照本發明一實施方式的一種電池內阻計算方法之流程圖。如圖所示，電池內阻計算方法1000包含以下步驟：步驟1100：於第一階段判斷電池之放電是否達到定電流放電狀態；步驟1200：若電池之放電達到定電流放電狀態，則於第二階段持續定電流放電至預設放電時間之後，判斷電池之放電是否截止，以取得電池之截止電壓；步驟1300：若電池之放電已截止，則進入第三階段，經過預設靜置時間後，判斷電池之電壓是否恢復至穩態電壓；以及步驟1400： 若電池之電壓已恢復至穩態電壓，則於第四階段根據穩態電壓、截止電壓及定電流放電的電流以計算電池之電池內阻。

請參閱步驟1100，此步驟之用意在於判斷電池是否處於定電流放電狀態，若電池之放電電流太小，將導致電池內阻計算方法1000無法有效進行計算，而造成計算誤差。因此，第一階段時，偵測電池之放電電流與電池電壓，並判斷電池之目前放電電流(Cp)是否大於預設電流(Cm)。在一實施例中，此預設電流(Cm)之電流值可為但不限於20A(安培)。當目前放電電流(Cp)大於預設電流(Cm)可進一步判斷電池是否處於定電流放電狀態(稍後詳述)，若是則接續後續步驟，以進入後續階段；若目前放電電流(Cp)小於預設電流(Cm)，表示電池非處於定電流放電狀態，不會進入後續階段。

請參閱步驟1200，一旦判定電池之放電處於定電流放電狀態，則進入第二階段，以判斷電池之放電是否截止，若電池放電截止則進入第三階段(步驟1300)，若電池放電尚未截止則回到第一階段(步驟1100)。此步驟之用意在於找出電池的截止電壓，以利後續電池內阻之計算步驟。在一實施例中，詳細而言，若上述電池之目前放電電流(Cp)及電池之殘電量皆為零，則表示電池已放電截止，此時之電壓稱為電池的截止電壓。所謂殘電量意為電池剩餘之電量，其可以0~100%的方式來表示目前剩餘之電量。一旦電池之殘電量為零，則代表電池已耗盡其儲存之電能，換言之，電池已放電截止。

在另一實施例中，請繼續參閱步驟1200。於第二階段持續定電流放電的過程中，倘若定電流放電之電流變化大 於預設差值，換言之，倘若電池放電之狀況已不符合定電流放電的條件，且此時電池放電電流非為零，則回到第一階段以重新判斷電池之放電是否達到定電流放電狀態。

請參閱步驟1300，一旦判定電池放電截止，則於第三階段中，電池於靜置預設時間後，判斷電池之電壓是否恢復至穩態電壓。此步驟之用意在於找出電池的穩態電壓，以利後續電池內阻之計算步驟。在一實施例中，上述靜置預設時間可為但不限於30分鐘，當電池靜置30分鐘後，電池之電壓回復到穩態狀況，此時之電壓稱為穩態電壓。若於靜置預設時間後，電池之電壓恢復至穩態電壓則進入第四階段(步驟1400)，若電池之電壓未恢復至穩態電壓則回到第一階段(步驟1100)，重新判斷電池之放電是否為定電流放電。

請參閱步驟1400，一旦判定電池之電壓恢復至穩態電壓，則於第四階段中，根據穩態電壓、截止電壓及定電流放電的電流以計算電池之電池內阻。

如此一來，藉由上述電池內阻計算方法1000之各步驟，可分別得到定電流放電的電流、截止電壓及穩態電壓，因此，電池內阻計算方法1000確實得以即時根據上述參數以計算出電池之電池內阻，而合理估算電池電量，以避免電量估算之誤差。

請參閱第1圖之步驟1400，在此實施例中，步驟1400更包含以下步驟：將穩態電壓減去截止電壓以得到電壓差值；以及將電壓差值除以定電流放電的電流以得到電池內阻。依據上述步驟則可準確計算出電池內阻。為使上述步驟易 於理解，茲將其精神整理如以下式子，然本發明並不以此為限：

需說明的是，電池內阻計算方法1000之各步驟1100~1400可由硬體或軟體來加以執行。舉例而言，步驟1100~1300之判斷的機制可由中央處理器、適當之電子元件或軟體來執行，而步驟1400之計算電池電池內阻的步驟亦可由中央處理器、適當之電子元件或軟體來加以執行。再者，步驟1100~1400中所述之第一階段~第四階段，僅用以便於闡釋電池內阻計算方法1000之各個執行狀況，而利於理解，其並非用以限制本發明。後文將分別詳述第一階段~第四階段之各個執行狀況。

第2圖係依照本發明實施例繪示如第1圖所示之電池內阻計算方法之第一階段的詳細步驟示意圖。首先，於步驟1110中，偵測電池之放電電流與電池電壓，以取得目前放電電流(Cp)與最新電池電壓。接著，於步驟1120中，判斷電池之目前放電電流(Cp)是否大於預設電流(Cm)。隨後，若判定電池之目前放電電流(Cp)大於預設電流，進一步執行步驟1130，以判斷目前放電電流(Cp)之電流變化是否大於預設差值。若判定目前放電電流(Cp)之電流變化不大於預設差值，則接續步驟1140。在一實施例中，上述電流變化係計算目前放電電流(Cp)與原始放電電流(Cd)之間的差值(Cp-Cd)，上述預設差值可為但不限於2A(安培)。

在一實施例中，於執行上述步驟1140時，除更新電池之目前放電電流(Cp)為原始放電電流(Cd)外，亦可同時計算電池之放電電流大於預設電流的持續放電時間。接著，於步驟1150中，判斷持續放電時間是否大於預設放電時間。隨後，若判定持續放電時間大於預設放電時間，則進入步驟1200所示之第二階段，以判斷持續放電之電池是否截止放電。需說明的是，上述步驟之用意在於，確保電池處於定電流放電狀態，且此狀態持續一段時間，以進一步避免計算誤差的產生。在一實施例中，上述預設放電時間可為但不限於150秒。

倘若步驟1120判定出電池之目前放電電流(Cp)不大於預設電流、步驟1130判定出目前放電電流(Cp)之電流變化大於預設差值或步驟1150判定出持續放電時間不大於預設放電時間，則執行步驟1160，將目前放電電流(Cp)設定為原始放電電流(Cd)，並將持續放電時間設定為零，換言之，將參數重設，然後回到步驟1110，重新執行電池之放電電流的偵測步驟。

第3圖係依照本發明實施例繪示如第1圖所示之電池內阻計算方法之第二階段的詳細步驟示意圖。首先，於步驟1210中，持續偵測電池之放電電流與電池電壓，以取得目前放電電流(Cp)與最新電池電壓。接著，於步驟1220中，判斷目前放電電流(Cp)之電流變化是否大於預設差值。上述電流變化係計算目前放電電流(Cp)與原始放電電流(Cd)之間的差值(Cp-Cd)。在一實施例中，上述預設差值可為但不限於2A(安培)。隨後，若判定目前放電電流(Cp)之電流變化大於預設差 值，則執行步驟1250，以判斷目前放電電流(Cp)及電池電壓的截止電壓是否為零，若判定目前放電電流(Cp)及電池電壓的截止電壓為零時，則進入第三階段1300，以判斷電池之電壓是否恢復至穩態電壓。

在另一實施例中，請參閱步驟1220，若判定目前放電電流(Cp)之電流變化不大於預設差值，則如步驟1230所示，更新目前放電電流(Cp)為原始放電電流(Cd)。於執行步驟1230以更新原始放電電流(Cd)後，則執行步驟1240，以判斷原始放電電流(Cd)是否大於預設電流。若判定原始放電電流大於預設電流，則回頭執行步驟1210，以持續偵測電池之放電電流，表示電池放電尚未截止，而仍在持續定電流放電。在一實施例中，上述預設電流可為但不限於20A(安培)。

在又一實施例中，倘若步驟1240判定出原始放電電流(Cd)不大於預設電流或步驟1250判定出目前放電電流(Cp)及電池電壓的截止電壓不為零時，則執行步驟1260，將目前放電電流(Cp)設定為原始放電電流(Cd)，並將持續放電時間設定為零，換言之，將參數重設，然後回到步驟1100之第一階段，以重新執行判斷電池之放電電流是否大於預設電流等步驟。

第4圖係依照本發明實施例繪示如第1圖所示之電池內阻計算方法之第三階段的詳細步驟示意圖。首先，於步驟1310中，持續偵測電池之放電電流與電池電壓，以取得目前放電電流(Cp)與最新電池電壓。接著，於步驟1320中，判斷目前放電電流(Cp)是否為零。隨後，若判定目前放電電流 (Cp)為零，則如步驟1330所示，更新放電電流為零的持續時間。然後，於步驟1340中，判斷放電電流為零的持續時間是否大於預設靜置時間。若判定放電電流為零的持續時間大於預設靜置時間，表示電池完成靜置，完成靜置時所測得電池電壓即為穩態電壓，接著進入步驟1400所示之第四階段，以計算電池之電池內阻。在一實施例中，上述預設時間可為但不限於30分鐘。

在另一實施例中，請參閱步驟1340，若判定放電電流為零的持續時間不大於預設靜置時間，則回到步驟1310，重新偵測電池之放電電流與電池電壓。

在又一實施例中，倘若步驟1320判定出目前放電電流(Cp)不為零，則執行步驟1350，將目前放電電流(Cp)設定為原始放電電流(Cd)、將持續放電時間設定為零，並將預設靜置時間設定為零，換言之，將參數重設，然後回到步驟1100之第一階段，以重新執行電池之放電電流的偵測步驟。

所屬技術領域中具有通常知識者當可明白，電池內阻計算方法1000中之各步驟依其執行之功能予以命名，僅係為了讓本案之技術更加明顯易懂，並非用以限定該等步驟。將各步驟予以整合成同一步驟或分拆成多個步驟，或者將任一步驟更換到另一步驟中執行，皆仍屬於本揭示內容之實施方式。

由上述本發明實施方式可知，應用本發明具有下列優點。本發明實施例藉由提供一種電池內阻計算方法，藉以即時計算出電池內阻來估算電池電量，以避免電量估算之誤差 的問題。

雖然上文實施方式中揭露了本發明的具體實施例，然其並非用以限定本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不悖離本發明之原理與精神的情形下，當可對其進行各種更動與修飾，因此本發明之保護範圍當以附隨申請專利範圍所界定者為準。

1000‧‧‧方法

1100~1400‧‧‧步驟

Claims (13)

1. 一種電池內阻計算方法，包含：於一第一階段，判斷一電池之放電是否達到一定電流放電狀態，以取得一定電流放電的電流；若判定該電池之放電達到該定電流放電狀態，則進入一第二階段；於該第二階段，該定電流放電狀態持續至一預設放電時間之後，判斷該電池之放電是否截止，以取得一截止電壓；若判定該電池達到截止放電狀態，則進入一第三階段；於該第三階段，判斷該電池之該截止放電狀態是否持續一預設靜置時間，以取得一穩態電壓；以及根據該穩態電壓、該截止電壓及該定電流放電的電流以計算該電池之一電池內阻。
2. 如請求項1所述之電池內阻計算方法，更包含：於該第二階段，若該定電流放電之電流變化大於一預設差值且該定電流放電的放電電流非為零，則回到該第一階段以重新判斷該電池之放電是否達到該定電流放電狀態。
3. 如請求項1所述之電池內阻計算方法，其中根據該穩態電壓、該截止電壓及該放電電流以計算該電池之該電池內阻的步驟包含：將該穩態電壓減去該截止電壓以得到一電壓差值；以及 將該電壓差值除以該放電電流以得到該電池內阻。
4. 如請求項1所述之電池內阻計算方法，其中於該第一階段判斷電池之放電是否達到定電流放電狀態的步驟包含：偵測該電池之該放電電流，以取得一目前放電電流；判斷該目前放電電流是否大於一預設電流；若判定該目前放電電流大於該預設電流，則判斷該目前放電電流之電流變化是否大於一預設差值；以及若判定該目前放電電流之電流變化不大於該預設差值，則更新該目前放電電流為一原始放電電流。
5. 如請求項4所述之電池內阻計算方法，其中該目前放電電流之電流變化係計算該目前放電電流與前一時間點之一原始放電電流之間的差值。
6. 如請求項4所述之電池內阻計算方法，其中於該第一階段判斷該電池之放電是否達到該定電流放電狀態的步驟更包含：計算該電池之該放電電流大於該預設電流的一持續放電時間；判斷該持續放電時間是否大於一預設放電時間；以及若判定該持續放電時間大於該預設放電時間，則進入該第二階段以判斷該電池之放電是否截止，以取得該截止電壓。
7. 如請求項6所述之電池內阻計算方法，更包含：若判定該目前放電電流不大於該預設電流、判定該目前放電電流之電流變化大於該預設差值或判定該持續放電時間不大於該預設放電時間，則將該目前放電電流設定為一原始放電電流且將該持續放電時間設定為零，並重新執行該偵測該電池之該放電電流的步驟。
8. 如請求項1所述之電池內阻計算方法，其中於該第二階段該定電流放電狀態持續至該預設放電時間之後，判斷該電池之放電是否截止，以取得該截止電壓的步驟包含：偵測該電池之該放電電流與一電池電壓，以取得一目前放電電流與一電池電壓；判斷該目前放電電流之電流變化是否大於一預設差值；若判定該目前放電電流之電流變化大於該預設差值，則判斷該目前放電電流及該電池電壓的截止電壓是否為零；以及若判定該目前放電電流及該電池電壓的截止電壓為零，則進入該第三階段以判斷電池之電壓是否恢復至該穩態電壓。
9. 如請求項8所述之電池內阻計算方法，其中 於該第二階段該定電流放電狀態持續至該預設放電時間之後，判斷該電池之放電是否截止，以取得該截止電壓的步驟更包含：若判定該目前放電電流之電流變化不大於該預設差值，則更新該目前放電電流為一原始放電電流；判斷該原始放電電流是否大於一預設電流；以及若判定該原始放電電流大於該預設電流，則重新執行偵測該電池之該放電電流與該電池電壓的步驟。
10. 如請求項9所述之電池內阻計算方法，其中於該第二階段該定電流放電狀態持續至該預設放電時間之後，判斷該電池之放電是否截止，以取得該截止電壓的步驟更包含：若判定該目前放電電流及該電池電壓的截止電壓不為零或該原始放電電流不大於該預設電流，則將該目前放電電流設定為該原始放電電流且將一持續放電時間設定為零，並回到該第一階段以重新判斷該電池之放電是否達到該定電流放電狀態。
11. 如請求項1所述之電池內阻計算方法，其中於該第三階段判斷該電池之該截止放電狀態是否持續該預設靜置時間以取得該穩態電壓的步驟包含：偵測該電池之該放電電流，以取得一目前放電電流；判斷該目前放電電流是否為零； 若判定該目前放電電流為零，則更新該放電電流為零的一持續時間；判斷該放電電流為零的該持續時間是否大於該預設靜置時間；以及若判定該放電電流為零的該持續時間大於該預設靜置時間，則進入一第四階段以計算該電池之該電池內阻。
12. 如請求項11所述之電池內阻計算方法，其中於該第三階段判斷該電池之該截止放電狀態是否持續該預設靜置時間以取得該穩態電壓的步驟更包含：若判定該放電電流為零的該持續時間不大於該預設靜置時間，則重新執行該偵測該電池之該放電電流的步驟。
13. 如請求項12所述之電池內阻計算方法，其中於該第三階段判斷該電池之該截止放電狀態是否持續該預設靜置時間以取得該穩態電壓的步驟更包含：若判定該目前放電電流不為零，則將該目前放電電流設定為一原始放電電流、將一持續放電時間設定為零且將該預設靜置時間設定為零，並回到該第一階段以重新判斷該電池之放電是否達到該定電流放電狀態。