TWI640791B - Lithium battery capacity detection method - Google Patents

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TWI640791B
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李成泰
陳韋匡
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Abstract

本發明提供一種鋰電池電容量檢測方法，包括：藉由開路電壓法，估測一鋰電池的初始電容量；在獲得該鋰電池的初始電容量後，藉由庫倫積分法結合一溫度因素及一電流變化因素，計算該鋰電池消耗或補充的電容量，以獲得該鋰電池的當前實際電容量；以及藉由補償計算法，將該當前實際電容量轉換成當前顯示電容量。

Description

鋰電池電容量檢測方法
本發明係有關一種電池電容量檢測方法，尤指一種鋰電池電容量的檢測方法。
隨著科技的進步以及積體電路的快速發展，許多電子裝置得以縮小化，除了輕巧及可攜式的基本要求之外，能長時間操作已逐漸成為必要的需求。
並且，這些可攜式電子裝置(例如，行動電話、智慧型手機、數位相機、數位攝影機、筆記型電腦等)均需要電力來進行運作，其中此電力的來源即為電池(例如，鋰電池)，所以如何提供現今的可攜式電子裝置具有足夠的電力已成為重要的挑戰之一。
再者，由於電池的充電、放電行為是由一連串得化學氧化還原反應所造成，在化學反應的過程中，有許多的因素會直接影響電池的充電、放電特性，例如，電池所處之環境溫度、電池輸出電流大小等。
又，因為不同的電子裝置需要不同的電池電容量，所以現不同的電池電容量之內部結構或成分以及其充、放電特性也不盡相同。因此，將會增加電池電容量檢測的困難度。
雖然近年來已發展出一些電池電容量檢測技術，但基於成本及準確度的考量，目前所發展出的電池電容量檢測技術並無法提供高準確度的電池電容量檢測，因此，如何提供一種有效且具高準確度的電池電容量檢測方法已成為目前業界的重要議題。
本發明之實施例揭露一種鋰電池電容量檢測方法，包括：藉由開路電壓法，估測一鋰電池的初始電容量；在獲得該鋰電池的初始電容量後，藉由庫倫積分法結合一溫度因素及一電流變化因素，計算該鋰電池消耗或補充的電容量，以獲得該鋰電池的當前實際電容量；以及藉由補償計算法，將該當前實際電容量轉換成當前顯示電容量。其中，該當前顯示電容量為顯示給使用者/消費者較直觀的當前電容量。
在本發明之一較佳實施例中，該開路電壓法為藉由量測該鋰電池在無負載的狀態下，所量測到的開路電壓值，該開路電壓值為該初始電容量。
在本發明之一較佳實施例中，該補償計算法為USOC=previous_USOC+(M×delta_SOC)，USOC為該當前顯示電容量，previous_USOC為前一秒的當前顯示電容量(亦為當前虛擬電容量)，其中，delta_SOC的定義將於以下詳細說明。
在本發明之一較佳實施例中，當該鋰電池放電時，M=previous_USOC/SOC，M為斜率，previous_USOC為前一秒的當前顯示電容量，SOC為該當前實際電容量。
在本發明之另一較佳實施例中，當該鋰電池充電時，M=(1-previous_USOC)/(1-SOC)，M為斜率，previous_USOC為前一秒的當前顯示電容量，SOC為該當前實際電容量。
在本發明之一較佳實施例中，delta_SOC=(DC-previous_DC) / FCC，DC為已放掉的累積電容量，previous_DC為已放掉的累積電容量直到前一秒止，換言之，DC與previous_DC的差異在於兩者為差一秒的已放掉的累積電容量，FCC為完全充電容量。其中，由於電流量i為瞬間值，其乘上時間t為電容量值Q (即Q = Σi*△t)，所以DC是一電容量值。
在本發明之一較佳實施例中，該完全充電容量包含該溫度因素、該電流變化因素、保留電容量(ReservedCap)以及預先保留電容量(PreReservedCap)。
在本發明之一較佳實施例中，該鋰電池電容量檢測方法係藉由一控制器、一微控制器、一處理器或一微處理器進行運算。
以下係藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟悉此技術之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點及功效。本發明亦可藉由其他不同的具體實例加以施行或應用，本發明說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用在不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更。
須知，本說明書所附圖式繪示之結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示之內容，以供熟悉此技術之人士瞭解與閱讀，並非用以限定本發明可實施之限定條件，故不具技術上之實質意義，任何結構之修飾、比例關係之改變或大小之調整，在不影響本發明所能產生之功效及所能達成之目的下，均應落在本發明所揭示之技術內容得能涵蓋之範圍內。
如圖1所示，本發明之實施例揭露一種鋰電池電容量檢測方法，包括以下步驟： 步驟S10：藉由開路電壓法，估測一鋰電池的初始電容量； 步驟S20：在獲得鋰電池的初始電容量後，藉由庫倫積分法結合一溫度因素及一電流變化因素，計算鋰電池消耗或補充的電容量，以獲得鋰電池的當前實際電容量；以及 步驟S30：藉由補償計算法，將當前實際電容量轉換成當前顯示電容量。其中，該當前顯示電容量為顯示給使用者/消費者較直觀的當前電容量。
具體而言，依據本發明之一較佳實施例，開路電壓法為藉由量測鋰電池在無負載的狀態下，所量測到的開路電壓值，開路電壓值即為初始電容量。
再者，依據本發明之一較佳實施例，如圖2A及圖2B所示，庫倫積分法可用剩餘電容量(Remaining Capacity, RC)及電池完全充電容量(Full Charge Capacity, FCC)來計算出當前實際電容量(Stat of Charge, SOC)，即如下所示： SOC=RC / FCC
依據本發明之一較佳實施例，本發明在電池完全充電容量(FCC)中加入溫度因素及電流變化因素，因此，電池完全充電容量(FCC)可表示為： FCC=Qmax×Table(Qt)×Table (Qi)–ReservedCap–PreReservedCap, 並且，如圖2B所示，Qmax可表示為： Qmax=PassedCharge / (DOD0-DOD1) 其中RC可表示為： RC = FCC - DC 其中，Qmax為電芯廠提供的理想容量值，PassedCharge 為通過電流量，DOD (Depth of Discharge)為放電深度，Table(Qt)為在不同溫度下以實驗取得，Table(Qi)為在不同電流變化下以實驗取得，ReservedCap為保留電容量，以及PreReservedCap為預先保留電容量。
又，由於電池的溫度及電流無時無刻均在變化，所以電池完全充電容量(FCC)亦會不斷地產生變化，如此也會造成當前實際電容量(SOC)隨著電池完全充電容量(FCC)的改變而改變。因此，本發明之鋰電池電容量檢測方法亦包含補償計算法，其中，補償計算法可表示為 USOC=previous_USOC+(M×delta_SOC) 其中，USOC為當前顯示電容量，previous_USOC為前一秒的當前顯示電容量，值得注意的是，previous_USOC、USOC及SOC均以%呈現。其中，delta_SOC的定義將於以下詳細說明。
依據本發明之一較佳實施例，當鋰電池放電時，M=previous_USOC/SOC，M為斜率，previous_USOC為前一秒的當前顯示電容量，SOC為當前實際電容量。
依據本發明之另一較佳實施例，當鋰電池充電時，M=(1-previous_USOC)/(1-SOC)，M為斜率，previous_USOC為前一秒的當前顯示電容量，SOC為當前實際電容量。
再者，有關delta_SOC部分，delta_SOC可表示為delta_SOC=(DC-previous_DC)/FCC，其中，DC為已放掉的累積電容量，previous_DC為已放掉的累積電容量直到前一秒止，換言之，DC與previous_DC的差異在於兩者為差一秒的已放掉的累積電容量，FCC為電池完全充電容量。
值得注意的是，依據本發明之另一較佳實施例，電池完全充電容量(FCC)可包含溫度因素、電流變化因素、保留電容量(ReservedCap)以及預先保留電容量(PreReservedCap)。
在本發明之一較佳實施例中，本發明之鋰電池電容量檢測方法可藉由一控制器、一微控制器、一處理器及一微處理器的其中之一者進行運算。
綜而言之，本發明之較佳實施例揭露一種鋰電池電容量檢測方法，透過結合開路電壓法、庫倫積分法、補償計算法與溫度因素及電流變化因素，可快速地及準確地檢測鋰電池的電容量，除了檢測鋰電池的電容量外，本發明亦可適用於檢測其他形式的電池電容量。
然而，上述實施例僅例示性說明本發明之功效，而非用於限制本發明，任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與改變。此外，在上述該些實施例中之元件的數量僅為例示性說明，亦非用於限制本發明。因此本發明之權利保護範圍，應如以下之申請專利範圍所列。
S10、S20、S30‧‧‧步驟
112‧‧‧第一導線線路
113‧‧‧第一導通孔
114‧‧‧導電墊
120‧‧‧電子式生物感測器
圖1為本發明之一種鋰電池電容量檢測方法的流程圖；以及 圖2A及圖2B為本發明之一種鋰電池電容量檢測方法的電池放電深度特性之曲線圖。

Claims (7)

  1. 一種鋰電池電容量檢測方法，包括以下步驟：藉由開路電壓法，估測一鋰電池的初始電容量；在獲得該鋰電池的初始電容量後，藉由庫倫積分法結合一溫度因素及一電流變化因素，計算該鋰電池消耗或補充的電容量，以獲得該鋰電池的當前實際電容量；以及藉由補償計算法，將該當前實際電容量轉換成當前顯示電容量；其中，該補償計算法為USOC=previous_USOC+(M×delta_SOC)，USOC為該當前顯示電容量，previous_USOC為前一秒的當前顯示電容量，SOC為該當前實際電容量，previous_USOC、USOC及SOC以%呈現。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之鋰電池電容量檢測方法，其中，該開路電壓法為藉由量測該鋰電池在無負載的狀態下，所量測到的開路電壓值，該開路電壓值為該初始電容量。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之鋰電池電容量檢測方法，其中，當該鋰電池放電時，M=previous_USOC/SOC，M為斜率，previous_USOC為前一秒的當前顯示電容量，SOC為該當前實際電容量。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之鋰電池電容量檢測方法，其中，當該鋰電池充電時，M=previous_USOC/SOC，M為斜率，previous_USOC為前一秒的當前顯示電容量，SOC為該當前實際電容量。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之鋰電池電容量檢測方法，其中，delta_SOC=(DC-previous_DC)/FCC，DC為已放掉的累積電容量，previous_DC為已放掉的累積電容量直到前一秒止，FCC為完全充電容量。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之鋰電池電容量檢測方法，其中，該完全充電容量包含該溫度因素、該電流變化因素、保留電容量(ReservedCap)以及預先保留電容量(PreReservedCap)。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之鋰電池電容量檢測方法，其中，該鋰電池電容量檢測方法係藉由一控制器、一微控制器、一處理器及一微處理器的其中之一者進行運算。
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