TWI616667B - 電池健康狀態的估算方法及其裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提出了一種電池健康狀態（SOH）的估算方法，該估算方法包括：量測電池的內阻R；根據電池的內阻R與壓降ΔV的關係式: ΔV=R×I，獲得電池的壓降值ΔV，此時I為使用容量內預設的下限電流值I；由壓降ΔV值計算此刻電容量下限的OCV值；根據電池的OCV與SOC的關係表獲得SOC此刻的下限值SOC— 1；以及根據SOH與電池的充電狀態SOC此刻的下限值SOC— 1的關係式: SOH =100%－SOC— 1，獲得SOH值。本發明同時提供了一種電池健康狀態的估算裝置。

Description

電池健康狀態的估算方法及其裝置
本發明涉及電池技術領域，特別涉及一種電池健康狀態的估算方法及其裝置。
目前，由於人們對環境保護及能源有效合理的利用的意識的增強，高效、節能、環保的電動汽車成為汽車行業的發展趨勢。而做為電動汽車的能源的儲能裝置—電池成為了本行業研究的熱點，當然，能夠準確測量電池的健康狀態（State of Health，SOH），對於電動汽車的整個控制策略的實施尤為重要。
為了表明電動汽車的電池的狀態的指標，人們使用了SOH的概念。SOH係反應電池的整體性能以及於一定條件下釋放電能的能力的參數，即於某一條件下電池可放電總電量占新出廠電池可用容量的比值。隨著電池的使用，會有許多不可恢復的物理化學因素造成電池老化，以致電池的健康度下降。目前，多數電池的SOH係藉由電池的老化狀態而判斷的，表徵電池老化的主要參數包括電池容量的衰減、電池內阻的增加。
由於電池內阻係對電池的SOH最大影響的參數，先前技術中存有利用測量內阻來估算電池的SOH的方法。有研究者提出將內阻、溫度、電池的充電狀態（State of Charge，SOC）與電池的SOH的關係藉由實驗建立成表，再藉由量測電池的內阻值查表估算出電池的SOH。惟，將各種因素與電池的SOH建表的過程就需要大量的實驗資料來支援，意味著需要大量的設備、時間與人力來進行資料的收集，大大增加了成本。
鑒於上述狀況，有必要提供一種簡單且成本較低的電池健康狀態的估算方法及估算裝置。
一種電池健康狀態的估算方法，包括：量測電池的內阻R；根據電池的內阻R與壓降ΔV的關係式: ΔV=R×I，獲得電池的壓降值ΔV，此時I為使用容量內預設的下限電流值I；由壓降ΔV值計算此刻電容量下限的開路電壓（Open Circuit Voltage，OCV）值；根據電池的OCV與SOC的關係表獲得SOC此刻的下限值SOC— 1；以及根據SOH與電池的充電狀態SOC此刻的下限值SOC— 1的關係式: SOH =100%－SOC— 1，獲得SOH值。
一種電池健康狀態（SOH）的估算裝置，包括：記憶體，其存儲OCV與SOC的對應關係。電壓採集單元與電流採集單元，其測量電池的電壓與電流。控制器，當提出估算電池健康狀態的請求時，該控制器藉由電壓採集單元與電流採集單元對該時刻電池的電壓與電流進行測量，並將上述測量的電池的電壓與電流值傳送給處理器。同時，控制器將記憶體的儲存的資訊傳輸給處理器。處理器，將採集到的電池的電壓與電流資料進行分析，計算出電池的內阻；根據確定的電池的內阻計算出由內阻造成的壓降ΔV；根據確定的電池的壓降ΔV計算出下限OCV值；從所述的記憶體中讀取OCV與SOC的對應關係，並根據下限OCV值計算得出SOC此刻的下限值SOC— 1；根據SOC— 1計算SOH值。
上述電池的健康狀態的估算方法及其裝置藉由測量電池的內阻，並直接由內阻與電池的OCV的關係進而估測出此刻電池的SOH。本發明的電池健康狀態的估算方法及其裝置簡單，省略了建立電池的各種因素與SOH的關係表的過程，測試時間短且成本較低。
圖1係放電時電池之電壓與電流的關係曲線。
圖2係本發明之電池健康狀態（SOH）的估算方法的流程圖。
圖3係圖2所示之電池SOH的估算方法的電池的OCV與SOC的關係表。
圖4係本發明之電池SOH估算裝置的結構框圖。
下面結合附圖及實施方式對本發明提供的一種電池健康狀態（SOH）的估算方法及其裝置作進一步詳細說明。
請參閱圖1，電池容量係電池能夠保持最大電荷的重要因素。嶄新的電池容量近似為製造商所標示的容量。然而，確定電池於充電之後具有的使用容量，從而使得電池可執行其預定功能係至關重要的。電池使用容量的設定上，一般會設置下限電壓204做為電池的充電狀態（SOC）降至 0%的依據，其中第一曲線201為電池的開路電壓（OCV）值與電流的關係曲線，第二曲線202為電池特定電流放電下的端電壓與電流的關係曲線，第三曲線203為電池老化後特定電流放電下的端電壓與電流的關係曲線。然而，電池放電過程電流過大或者電池內阻上升皆會造成電壓提早抵觸下限電壓，使得可使用容量下降。於電流的設定方面，為了確保電池於使用容量內都能提供目標之功率，因此會設定下限電流，一旦於小於或等於該下限電流的放電情形下抵觸到下限電壓204則視為電池的SOC已達0%。本發明將藉由OCV與SOC的關係，利用電池的內阻直接估算電池SOH。
請參閱圖2，本發明一種電池SOH的估算方法，包括以下步驟：
S101：量測電池的內阻R。優選地，利用簡單的電壓採集單元與電流採集單元，測量出電池的電壓值與電流值。然後，根據電壓與電流的測量值來計算所述電池的內阻R值。可理解，電池的內阻還可利用交流阻抗法進行測量，但不限於此。
S102：利用上述獲得的內阻R乘以使用容量內預設的下限電流值I得出由內阻造成的壓降ΔV。
S103：將上述獲得的壓降ΔV與下限電壓V相加獲得此刻電容量下限OCV值。
S104：請同時參閱圖3，藉由實驗資料建立電池的OCV與SOC的關係表。
S105：將獲得的下限OCV值代入上述OCV與SOC的關係表即可取得一下限SOC值即SOC— 1值。
S106：藉由100%減去SOC— 1值可得此刻SOH值，即：
SOH =100%－SOC— 1。
如此便完成了電池SOH的估算。
請參閱圖4，一種電池健康狀態的估算裝置200，包括記憶體210，電壓採集單元220，電流採集單元230，控制器240及處理器250。
記憶體210，其存儲OCV與SOC的關係表。
電壓採集單元220與電流採集單元230，其測量被測電池的電壓與電流。通常，電池的內阻係直流電阻、擴散電阻等阻抗的總和，並且很難即時檢測。因此，適宜對單純的直流電阻分量進行測量。優選地，於短時間內對被測的電池進行內阻的測量，但考慮到硬體與其他資訊的計算時間，測量時間設置為一秒。
當提出估算電池的健康狀態的請求時，該控制器240藉由電壓採集單元220與電流採集單元230對該時刻電池的電壓與電流進行測量，並將上述測量的電池的電壓與電流值傳送給處理器250。同時，控制器240將記憶體210的儲存的資訊傳輸給處理器250。
處理器250用於將採集到的電池的電壓與電流資料進行分析並計算出電池的內阻R；根據確定的電池的內阻R計算出由電池的內阻造成的壓降ΔV；根據確定的電池的壓降ΔV計算出下限OCV值；從所述的記憶體中讀取OCV與SOC的對應關係，並根據下限OCV值計算得出SOC此刻的下限值SOC— 1；根據SOC— 1計算SOH值。
請再次一併參閱圖2與圖4，現於將本發明的電池SOH的估算方法，應用於電池SOH的估算裝置。當請求SOH的估算時，控制器240藉由電壓採集單元220與電流採集單元230測量電池的電壓及電流。此後控制器240將所測得的電壓值與電流值，傳輸至處理器250。處理器利用所測量的電壓值與電流值計算電池的內阻R（S101）。
當完成了電池的內阻R後，處理器250計算電池的壓降ΔV，進而計算出下限OCV值（S102，S103）。
同時，控制器240將記憶體210的OCV與SOC的對應關係傳輸給處理器250。處理器250由下限OCV值計算出對應的下限SOC值。進而由處理器250由SOC此刻的下限值SOC— 1計算出SOH值，完成了基於SOH估算請求的電池SOH的估算（S105，S106）。
上述電池SOH的估算方法及其裝置藉由測量電池的內阻，並直接由內阻與電池的OCV的關係進而估測出此刻的電池的SOH。本發明的電池SOH的估算方法及其裝置簡單，省略了建立電池的各種因素與電池SOH的關係表的過程，測試時間短且成本較低。
本領域的普通技術人員應當理解，其依然可對前述實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而該等修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明實施例技術方案的精神及範圍。
200‧‧‧電池健康狀態的估算裝置
210‧‧‧記憶體
220‧‧‧電壓採集單元
230‧‧‧電流採集單元
240‧‧‧控制器
250‧‧‧處理器
無

Claims (6)

  1. 一種電池健康狀態的估算方法，該方法包括：
    量測電池的內阻R；
    根據電池的內阻R與壓降ΔV的關係式: ΔV=R×I，獲得電池的壓降值ΔV，此時I為使用容量內預設的下限電流值I；
    由壓降ΔV值計算此刻電容量下限的OCV值；
    根據電池的OCV與SOC的關係表獲得SOC此刻的下限值SOC—1；以及
    根據SOH與電池的充電狀態SOC此刻的下限值SOC—1的關係式: SOH =100%－SOC—1，獲得SOH值。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電池健康狀態的估算方法，其中該電池內阻值藉由測量電池的電壓值與電流值計算。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電池健康狀態的估算方法，其中該此刻電容量下限OCV值由該壓降ΔV與該電池的下限電壓V相加得出。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之電池健康狀態的估算方法，其中該OCV與SOC的關係表如下：
    。
  5. 一種電池健康狀態的估算裝置，包括：
    記憶體，其存儲OCV與SOC的關係表；
    電壓採集單元與電流採集單元，其測量電池的電壓與電流；
    控制器，當提出估算電池健康狀態的請求時，該控制器藉由電壓採集單元與電流採集單元對該時刻電池的電壓與電流進行測量，並將上述測量的電池的電壓與電流值傳送給處理器；同時，控制器將記憶體的儲存的資訊傳輸給處理器；
    處理器，將採集到的電池的電壓與電流資料進行分析，計算出電池的內阻；根據確定的電池的內阻計算出內阻造成的壓降ΔV；根據確定的電池的壓降ΔV計算出下限OCV值；從所述的記憶體中讀取OCV與SOC的對應關係，並根據下限OCV值計算得出SOC此刻的下限值SOC—1；根據SOC—1計算SOH值。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之電池健康狀態的估算裝置，其中該記憶體中儲存的OCV與SOC的關係表如下：

    。
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