TWI712813B

TWI712813B - 儲能元件的使用壽命的估算方法及估算系統

Info

Publication number: TWI712813B
Application number: TW109110622A
Authority: TW
Inventors: 陳浩銘
Original assignee: 應能科技股份有限公司
Priority date: 2020-03-27
Filing date: 2020-03-27
Publication date: 2020-12-11
Also published as: TW202136807A

Abstract

一種估算方法適用於一估算系統及一儲能元件，並藉由該估算系統實施下列步驟：偵測該儲能元件放電時的一工作溫度、一輸出電壓及一輸出電流；根據該儲能元件的一目前滿充電容量，選擇一候選電容量衰退率對照表及一候選權重係數對照表；根據該候選電容量衰退率對照表，獲得一第一溫度相關衰退率、一第一電壓相關衰退率及一第一電流相關衰退率，並根據該候選權重係數對照表，獲得一第一溫度權重係數、一第一電壓權重係數、一第一電流權重係數及一電容量權重係數；據以計算一第一綜合衰退率，進而能夠更精確地估算該儲能元件剩餘的使用壽命。

Description

儲能元件的使用壽命的估算方法及估算系統

本發明是有關於一種估算方法及估算系統，特別是指一種儲能元件的使用壽命的估算方法及估算系統。

隨著科技的發展與環保的重視，各種儲能元件如超級電容與充電電池已廣泛應用於我們的生活中，例如在手機、平板、筆記型電腦、手持播放器、電動手工具、電動割草機等大型工具、電動自行車、電動汽車、電動客車等等各個領域都可見到其應用。習知的儲能元件通常是藉由一控制單元在該儲能元件運作於充電的過程中，偵測該儲能元件的輸出入電流及輸出入電壓，進而計算該儲能元件在目前狀態的一目前滿充電容量，即滿充時的電容量大小。該控制單元例如是內建於充電電池或外接於充電設備的微處理器等等。該控制單元再根據該儲能元件的一初始滿充電容量與對應的一初始運作時間，及該目前滿充電容量與對應的一目前運作時間，計算該儲能元件的一使用壽命，該初始滿充電容量是在初始尚狀態下(即未使用前)，滿充時的電容量大小。

舉例來說，該初始滿充電容量及該初始運作時間分別是2000Ah(安培小時)及第0天，該目前滿充電容量及該目前運作時間分別是1000Ah及第100天，假設該儲能元件的使用壽命是設定在實際電容量等於初始電容量的20%，則該控制單元先計算一電容量衰退率等於(2000-1000)/(100-0)=10Ah/天，再計算該使用壽命等於(1000-2000*20%)/10=60，即在該目前運作時間的當下(即第100天時)，該儲能元件的該使用壽命等於60天。然而，相較於習知的這種估算方式，是否具有其他更精確地估算儲能元件的使用壽命的方法，便成為一個待解決的問題。

因此，本發明的目的，即在提供一種估算更精確的儲能元件的使用壽命的估算方法及估算系統。

於是，根據本發明之一觀點，提供一種估算方法，適用於一估算系統及一儲能元件。該估算系統包含一控制單元、一溫度感測器、一電壓感測器、及一電流感測器。該控制單元儲存對應該儲能元件操作在一放電模式的多個第一電容量衰退率對照表及多個第一權重係數對照表，每一該第一電容量衰退率對照表包括多個溫度、多個電壓、多個電流及多個衰退率的對應關係，每一該第一權重係數對照表包括一電容量權重係數、一第一溫度權重係數、一第一電壓權重係數、一第一電流權重係數。該估算方法包含步驟(a)~(f)。

於步驟(a)，藉由該溫度感測器偵測該儲能元件操作在該放電模式的一放電工作溫度。於步驟(b)，藉由該電壓感測器偵測該儲能元件操作在該放電模式的一放電輸出電壓。於步驟(c)，藉由該電流感測器偵測該儲能元件操作在該放電模式的一放電輸出電流。

於步驟(d)，藉由該控制單元根據該儲能元件在目前狀態的一目前滿充電容量，選擇該等第一電容量衰退率對照表之其中一者作為一第一候選電容量衰退率對照表，並選擇該等第一權重係數對照表之其中一者為一第一候選權重係數對照表。

於步驟(e)，藉由該控制單元根據該第一候選電容量衰退率對照表，獲得對應該放電工作溫度大小的一第一溫度相關衰退率R11、對應該放電輸出電壓大小的一第一電壓相關衰退率R21、對應該放電輸出電流大小的一第一電流相關衰退率R31，並根據該第一候選權重係數對照表，獲得該第一溫度權重係數W11、該第一電壓權重係數W21、該第一電流權重係數W31、及該電容量權重係數W4。W11、W21、W31、及W4之和等於1。

於步驟(f)，藉由該控制單元計算一第一綜合衰退率Rt1，Rt1=W11*R11+W21*R21+W31*R31+W4*R4，其中，R4是對應該儲能元件的一電容量衰退率。

在一些實施態樣中，其中，在步驟(f)中，該控制單元根據該儲能元件在初始狀態的一初始滿充電容量Q1、該目前滿充電容量Q2、及該儲能元件已運作的一目前已使用時間T1，計算該電容量衰退率R4，R4=(Q1-Q2)/T1。

在一些實施態樣中，其中，在步驟(f)中，該控制單元還根據該第一綜合衰退率Rt1、該目前滿充電容量Q2、及一滿充電容量臨界值Qt，計算該儲能元件剩餘的一使用壽命TL，TL= (Q2-Qt)/Rt1。

在另一些實施態樣中，每一該第一權重係數對照表還包括一第二溫度權重係數、一第二電壓權重係數、及一第二電流權重係數。其中，在步驟(a)中，該控制單元還儲存一歷史放電最大工作溫度，在步驟(b)中，該控制單元還儲存一歷史放電最大輸出電壓，在步驟(c)中，該控制單元還儲存一歷史放電最大輸出電流。

在步驟(e)中，該控制單元還根據該第一候選電容量衰退率對照表，獲得對應該歷史放電最大工作溫度大小的一第二溫度相關衰退率R12、對應該歷史放電最大輸出電壓大小的一第二電壓相關衰退率R22、及對應該歷史放電最大輸出電流大小的一第二電流相關衰退率R32，並根據該第一候選權重係數對照表，獲得該第二溫度權重係數W12、該第二電壓權重係數W22、及該第二電流權重係數W32，W11、W12、W21、W22、W31、W32、及W4之和等於1。

在步驟(f)中，該控制單元還計算一第二綜合衰退率Rt2，Rt2=W11*R11+W12*R12+W21*R21+W22*R22+W31* R31+W32*R32+W4*R4。該控制單元還根據該第二綜合衰退率Rt2、該目前滿充電容量Q2、及一滿充電容量臨界值Qt，計算該儲能元件剩餘的一使用壽命TL，TL=(Q2-Qt)/Rt2。

在另一些實施態樣中，該儲能元件包含至少一電芯，每一該第一權重係數對照表還包括一第二溫度權重係數、一第二電壓權重係數、及一第二電流權重係數。該控制單元還儲存對應該儲能元件操作在一充電模式的多個第二電容量衰退率對照表及多個第二權重係數對照表。每一該第二電容量衰退率對照表包括多個溫度、多個電壓、多個充電率(C-rate)、多個充電次數及多個衰退率的對應關係。每一該第二權重係數對照表包括一第三溫度權重係數、一第三電壓權重係數、一充電率權重係數、及一充電次數權重係數。

在步驟(a)中，該溫度感測器還偵測該儲能元件操作在該充電模式的一充電工作溫度，該控制單元儲存一歷史放電最大工作溫度及一歷史充電最大工作溫度。在步驟(b)中，該電壓感測器還偵測該儲能元件操作在該充電模式時所包含的每一該電芯的一充電輸入電壓，該控制單元儲存一歷史放電最大輸出電壓，並判斷每一該電芯的該充電輸入電壓之其中最大值者，且儲存為一歷史充電最大輸入電壓。在步驟(c)中，該電流感測器還偵測該儲能元件操作在該充電模式的一充電輸入電流，該控制單元儲存一歷史放電最大輸出電流，並根據該充電輸入電流及該初始滿充電容量計算且儲存一歷史最大充電率，且還儲存該儲能元件操作在該充電模式的一累積次數。

在步驟(d)中，該控制單元還根據該儲能元件在目前狀態的該目前滿充電容量，選擇該等第二電容量衰退率對照表之其中一者作為一第二候選電容量衰退率對照表，並選擇該等第二權重係數對照表之其中一者為一第二候選權重係數對照表。

在步驟(e)中，該控制單元還根據該第一候選電容量衰退率對照表，獲得對應該歷史放電最大工作溫度大小的一第二溫度相關衰退率R12、對應該歷史放電最大輸出電壓大小的一第二電壓相關衰退率R22、及對應該歷史放電最大輸出電流大小的一第二電流相關衰退率R32，並根據該第一候選權重係數對照表，獲得該第二溫度權重係數W12、該第二電壓權重係數W22、及該第二電流權重係數W32。該控制單元還根據該第二候選電容量衰退率對照表，獲得對應該歷史充電最大工作溫度大小的一第三溫度相關衰退率R13、對應該歷史充電最大輸入電壓大小的一第三電壓相關衰退率R23、對應該歷史最大充電率大小的一第三充電率相關衰退率R33、及對應該累積次數的一充電次數相關衰退率R5，並根據該第二候選權重係數對照表，獲得該第三溫度權重係數W13、該第三電壓權重係數W23、該充電率權重係數W33、及該充電次數權重係數W5。W11、W12、W21、W22、W31、W32、及W4之和等於一放電權種比，W13、W23、W33、及W5之和等於一充電權種比，該放電權重比與該充電權重筆之和等於1。

在步驟(f)中，該控制單元還計算一第三綜合衰退率Rt3，Rt3=W11*R11+W12*R12+W21*R21+W22*R22+W31* R31+W32*R32+W4*R4+W13*R13+W23*R23+W33*R33+W5*R5，該控制單元根據該第三綜合衰退率Rt3、該目前滿充電容量Q2、及一滿充電容量臨界值Qt，計算該儲能元件剩餘的一使用壽命TL，TL=(Q2-Qt)/Rt3。

於是，根據本發明之另一觀點，提供一種估算系統，適用於一儲能元件，並包含一溫度感測器、一電壓感測器、一電流感測器、及一控制單元。

該溫度感測器偵測該儲能元件操作在一放電模式的一放電工作溫度。該電壓感測器電連接該儲能元件以偵測該儲能元件操作在該放電模式的一放電輸出電壓。該電流感測器電連接該儲能元件以偵測該儲能元件操作在該放電模式的一放電輸出電流。

該控制單元電連接該溫度感測器、該電壓感測器、該電流感測器，以接收該放電工作溫度、該放電輸出電壓、及該放電輸出電流，並還儲存對應該儲能元件操作在該放電模式的多個第一電容量衰退率對照表及多個第一權重係數對照表。每一該第一電容量衰退率對照表包括多個溫度、多個電壓、多個電流及多個衰退率的對應關係。每一該第一權重係數對照表包括一電容量權重係數、一第一溫度權重係數、一第一電壓權重係數、一第一電流權重係數。

其中，該控制單元根據該儲能元件在目前狀態的一目前滿充電容量，選擇該等第一電容量衰退率對照表之其中一者作為一第一候選電容量衰退率對照表，並選擇該等第一權重係數對照表之其中一者為一第一候選權重係數對照表。

該控制單元根據該第一候選電容量衰退率對照表，獲得對應該放電工作溫度大小的一第一溫度相關衰退率R11、對應該放電輸出電壓大小的一第一電壓相關衰退率R21、對應該放電輸出電流大小的一第一電流相關衰退率R31，並根據該第一候選權重係數對照表，獲得該第一溫度權重係數W11、該第一電壓權重係數W21、該第一電流權重係數W31、及該電容量權重係數W4。W11、W21、W31、及W4之和等於1。該控制單元計算一第一綜合衰退率Rt1，Rt1=W11*R11+W21*R21+W31*R31+W4*R4，其中，R4是對應該儲能元件的一電容量衰退率。

在一些實施態樣中，其中，該控制單元根據該儲能元件在初始狀態的一初始滿充電容量Q1、該目前滿充電容量Q2、及該儲能元件已運作的一目前已使用時間T1，計算該電容量衰退率R4，R4=(Q1-Q2)/T1。

在一些實施態樣中，其中，該控制單元還根據該第一綜合衰退率Rt1、該目前滿充電容量Q2、及一滿充電容量臨界值Qt，計算該儲能元件剩餘的一使用壽命TL，TL=(Q2-Qt)/Rt1。

在另一些實施態樣中，其中，每一該第一權重係數對照表還包括一第二溫度權重係數、一第二電壓權重係數、及一第二電流權重係數。該控制單元還儲存一歷史放電最大工作溫度、一歷史放電最大輸出電壓、及一歷史放電最大輸出電流。

該控制單元還根據該第一候選電容量衰退率對照表，獲得對應該歷史放電最大工作溫度大小的一第二溫度相關衰退率R12、對應該歷史放電最大輸出電壓大小的一第二電壓相關衰退率R22、及對應該歷史放電最大輸出電流大小的一第二電流相關衰退率R32，並根據該第一候選權重係數對照表，獲得該第二溫度權重係數W12、該第二電壓權重係數W22、及該第二電流權重係數W32。W11、W12、W21、W22、W31、W32、及W4之和等於1。

該控制單元還計算一第二綜合衰退率Rt2，Rt2= W11*R11+W12*R12+W21*R21+W22*R22+W31*R31+W32*R32+W4*R4。該控制單元還根據該第二綜合衰退率Rt2、該目前滿充電容量Q2、及一滿充電容量臨界值Qt，計算該儲能元件剩餘的一使用壽命TL，TL=(Q2-Qt)/Rt2

在另一些實施態樣中，該儲能元件包含至少一電芯，該溫度感測器還偵測該儲能元件操作在一充電模式的一充電工作溫度，該控制單元儲存一歷史放電最大工作溫度及一歷史充電最大工作溫度。該電壓感測器還偵測該儲能元件操作在該充電模式時所包含的每一該電芯的一充電輸入電壓，該控制單元儲存一歷史放電最大輸出電壓，並判斷每一該電芯的該充電輸入電壓之其中最大值者，且儲存為一歷史充電最大輸入電壓。該電流感測器還偵測該儲能元件操作在該充電模式的一充電輸入電流，該控制單元儲存一歷史放電最大輸出電流，並根據該充電輸入電流及該初始滿充電容量計算且儲存一歷史最大充電率，且還儲存該儲能元件操作在該充電模式的一累積次數。

每一該第一權重係數對照表還包括一第二溫度權重係數、一第二電壓權重係數、及一第二電流權重係數。該控制單元還儲存對應該儲能元件操作在該充電模式的多個第二電容量衰退率對照表及多個第二權重係數對照表。每一該第二電容量衰退率對照表包括多個溫度、多個電壓、多個充電率(C-rate)、多個充電次數及多個衰退率的對應關係。每一該第二權重係數對照表包括一第三溫度權重係數、一第三電壓權重係數、一充電率權重係數、及一充電次數權重係數。

該控制單元還根據該儲能元件在目前狀態的該目前滿充電容量，選擇該等第二電容量衰退率對照表之其中一者作為一第二候選電容量衰退率對照表，並選擇該等第二權重係數對照表之其中一者為一第二候選權重係數對照表。

該控制單元還根據該第一候選電容量衰退率對照表，獲得對應該歷史放電最大工作溫度大小的一第二溫度相關衰退率R12、對應該歷史放電最大輸出電壓大小的一第二電壓相關衰退率R22、及對應該歷史放電最大輸出電流大小的一第二電流相關衰退率R32，並根據該第一候選權重係數對照表，獲得該第二溫度權重係數W12、該第二電壓權重係數W22、及該第二電流權重係數W32。

該控制單元還根據該第二候選電容量衰退率對照表，獲得對應該歷史充電最大工作溫度大小的一第三溫度相關衰退率R13、對應該歷史充電最大輸入電壓大小的一第三電壓相關衰退率R23、對應該歷史最大充電率大小的一第三充電率相關衰退率R33、及對應該累積次數的一充電次數相關衰退率R5，並根據該第二候選權重係數對照表，獲得該第三溫度權重係數W13、該第三電壓權重係數W23、該充電率權重係數W33、及該充電次數權重係數W5。W11、W12、W21、W22、W31、W32、及W4之和等於一放電權種比，W13、W23、W33、及W5之和等於一充電權種比，該放電權重比與該充電權重筆之和等於1。

該控制單元還計算一第三綜合衰退率Rt3，Rt3=W11* R11+W12*R12+W21*R21+W22*R22+W31*R31+W32*R32+W4*R4+W13*R13+W23*R23+W33*R33+W5*R5。該控制單元根據該第三綜合衰退率Rt3、該目前滿充電容量Q2、及一滿充電容量臨界值Qt，計算該儲能元件剩餘的一使用壽命TL，TL=(Q2-Qt)/Rt3。

本發明的功效在於：該控制單元藉由各個感測器獲得該儲能元件操作在該放電模式或該充電模式的工作溫度、輸出電壓、輸入電壓、輸出電流、充電率、及充電次數，以根據該目前滿充電容量決定該第一候選容量衰退率對照表與該第一候選權重係數對照表，或還決定該第二候選容量衰退率對照表與該第二候選權重係數對照表，並進而決定對應的各個衰退率及權重係數，而能夠更精確地估算出該儲能元件的該第一綜合衰退率、該第二綜合衰退率或該第三綜合衰退率，且進而精確地估算出剩餘的該使用壽命。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1，本發明儲能元件的使用壽命的估算系統100之一實施例，適用於一儲能元件9，並包含一溫度感測器2、一電壓感測器3、一電流感測器4、及一控制單元1。該儲能元件9例如是可充電電池或超級電容等可以儲存電荷的裝置。

該溫度感測器2設置於該儲能元件9的內部或外部，以偵測該儲能元件9的一工作溫度。舉例來說，當設置在該儲能元的內部時，能夠直接偵測該工作溫度，而當設置在該儲能元件9的外部時，如貼附於電池殼體，能夠藉由所偵測的溫度間接地推算該工作溫度。

該電壓感測器3電連接該儲能元件9以偵測該儲能元件9的一輸出入電壓。更詳細地說，該儲能元件9包含輸出或輸入該輸出入電壓的兩端，該電壓感測器3是電連接該儲能元件9的該兩端作偵測。該電流感測器4電連接該儲能元件9以偵測該儲能元件9的一輸出入電流。舉例來說，當該儲能元件9操作在一充電模式時，該輸出入電壓及該輸出入電流分別是對該儲能元件9的充電輸入電壓及充電輸入電流，而當該儲能元件9運作在一放電模式時，該輸出入電壓及該輸出入電流分別是對該儲能元件9的放電輸出電壓及放電輸出電流。

該控制單元1例如是一微處理器(MCU)，並電連接該溫度感測器2、該電壓感測器3、該電流感測器4，以接收該工作溫度、該輸出入電壓、及該輸出入電流。該控制單元1還儲存對應該儲能元件操作在一放電模式的多個第一電容量衰退率對照表及多個第一權重係數對照表，每一該第一電容量衰退率對照表包括多個溫度、多個電壓、多個電流及多個衰退率的對應關係，每一該第一權重係數對照表包括一電容量權重係數、一第一溫度權重係數、一第一電壓權重係數、一第一電流權重係數。

參閱圖1與圖2，圖2是本發明儲能元件的使用壽命的估算系統100所執行的估算方法的一第一實施例的流程圖。該估算方法包含步驟S1~S6。

於步驟S1，藉由該溫度感測器2偵測該儲能元件9操作在該放電模式的一放電工作溫度，使得該控制單元1接收該放電工作溫度，以獲得該儲能元件9目前的溫度。

於步驟S2，藉由該電壓感測器3偵測該儲能元件9操作在該放電模式的一放電輸出電壓，使得該控制單元1接收該放電輸出電壓，以獲得該儲能元件9的該兩端的即時的輸出電壓。

於步驟S3，藉由該電流感測器4偵測該儲能元件9操作在該放電模式的一放電輸出電流，使得該控制單元1接收該放電輸出電流，以獲得該儲能元件9的即時的輸出電流。

於步驟S4，藉由該控制單元1根據該儲能元件9在目前狀態的一目前滿充電容量，選擇該等第一電容量衰退率對照表之其中一者作為一第一候選電容量衰退率對照表，並選擇該等第一權重係數對照表之其中一者為一第一候選權重係數對照表。更詳細地說，該儲能元件9在初始狀態時具有一初始滿充電容量(單位例如是Ah或mAh)，即是該儲能元件9製造完成產後尚未使用前，其規格所述的滿充時的電容量大小。當該儲能元件9在經過使用後，即一次以上的充放電的過程之後，該控制單元1根據該輸出入電壓及該輸出入電流，能夠採用習知技術的計算方法，計算出該儲能元件9滿充時的電容量大小即為該目前滿充電容量。

在本實施例中，該控制單元1所儲存的該等第一電容量衰退率對照表及該等第一權重係數對照表，分別是對應不同的該目前滿充電容量的大小範圍。而在其他實施例中，也可以分別是對應不同的該目前滿充電容量相對於該初始滿充電容量的比值的大小範圍。

舉例來說，該初始滿充電容量是2000Ah(安培小時)，該等第一電容量衰退率對照表共有三個，分別是對應該目前滿充電容量介於2000~1000Ah、1000~500Ah、及500~0Ah之間。類似地，該等第一權重係數對照表共有四個，分別是對應該目前滿充電容量介於2000~1200Ah、1200~600Ah、600~200Ah、及200~0Ah之間。

於步驟S5，藉由該控制單元1根據該第一候選電容量衰退率對照表，獲得對應該放電工作溫度大小的一第一溫度相關衰退率R11、對應該放電輸出電壓大小的一第一電壓相關衰退率R21、對應該放電輸出電流大小的一第一電流相關衰退率R31，並根據該第一候選權重係數對照表，獲得該第一溫度權重係數W11、該第一電壓權重係數W21、該第一電流權重係數W31、及該電容量權重係數W4，W11、W21、W31、及W4之和等於1。

舉例來說，表一說明該第一候選電容量衰退率對照表的一種態樣，表二說明該第一候選權重係數對照表的一種態樣，但不以此為限。表一

℃	>30	30~40	40~50	50~60	>60
R11	A1	A2	A3	A4	A5
伏特	>3.5	3.5~3.6	3.6~3.7	3.7~3.8	>3.8
R21	B1	B2	B3	B4	B5
安培	>0.9	0.9~1.0	1.0~1.2	1.2~1.5	>1.5
R31	C1	C2	C3	C4	C5

表二

W11	W21	W31	W4
0.28	0.24	0.23	0.25

於步驟S6，藉由該控制單元1計算一第一綜合衰退率Rt1，Rt1=W11*R11+W21*R21+W31*R31+W4*R4，其中，R4是對應該儲能元件9的一電容量衰退率。更詳細地說，該控制單元1根據該儲能元件9在初始狀態的該初始滿充電容量Q1、該目前滿充電容量Q2、及該儲能元件9已運作的一目前已使用時間T1，計算該電容量衰退率R4，R4=(Q1-Q2)/T1。

該控制單元1還根據該第一綜合衰退率Rt1、該目前滿充電容量Q2、及一滿充電容量臨界值Qt，計算該儲能元件9剩餘的一使用壽命TL，TL=(Q2-Qt)/Rt1。該滿充電容量臨界值是預先儲存於該控制單元1的一個參數，使用者可以根據該儲能元件9的材料特性或使用條件與環境的不同，作對應的不同設定。舉例來說，假設該初始滿充電容量是3000Ah，當該儲能元件9的該目前滿充電容量相對於該初始滿充電容量的比率可以被接受的大小是25%或80%時，則該滿充電容量臨界值分別是750Ah或2400Ah。

本發明儲能元件的使用壽命的估算系統100所執行的估算方法的一第二實施例，大致上是與該第一實施例相同，不同的地方在於：該控制單元1所儲存的每一該第一權重係數對照表與每一該第一電容量衰退率對照表還有其他增加的參數，及步驟S1~S3、S5、S6還有其他增加的流程。

每一該第一電容量衰退率對照表還包括一第二溫度相關衰退率、一第二電壓相關衰退率、及一第二電流相關衰退率。每一該第一權重係數對照表還包括一第二溫度權重係數、一第二電壓權重係數、及一第二電流權重係數。

於步驟S1，該控制單元1還判斷所接收的該放電工作溫度的最大值，並儲存為一歷史放電最大工作溫度。

於步驟S2，該控制單元1還判斷所接收的該放電輸出電壓的最大值，並儲存為一歷史放電最大輸出電壓。

於步驟S3，該控制單元1還判斷所接收的該放電輸出電流的最大值，並儲存為一歷史放電最大輸出電流。

於步驟S5，該控制單元1還根據該第一候選電容量衰退率對照表，獲得對應該歷史放電最大工作溫度大小的該第二溫度相關衰退率R12、對應該歷史放電最大輸出電壓大小的該第二電壓相關衰退率R22、及對應該歷史放電最大輸出電流大小的該第二電流相關衰退率R32，並根據該第一候選權重係數對照表，獲得該第二溫度權重係數W12、該第二電壓權重係數W22、及該第二電流權重係數W32。在第二實施例中，W11、W12、W21、W22、W31、W32、及W4之和等於1。

於步驟S6，該控制單元1還計算一第二綜合衰退率Rt2，該第二綜合衰退率Rt2=W11*R11+W12*R12+W21*R21+W22* R22+W31*R31+W32*R32+W4*R4，該控制單元1還根據該第二綜合衰退率Rt2、該目前滿充電容量Q2、及該滿充電容量臨界值Qt，計算該儲能元件9剩餘的該使用壽命TL，TL=(Q2-Qt)/Rt2。換句話說，在該第一實施例中，該估算方法是根據該儲能元件9目前的該目前滿充電容量、該放電工作溫度、該放電輸出電壓、及該放電輸出電流，估算該第一綜合衰退率，進而估算剩餘的該使用壽命。而在該第二實施例中，該估算方法還根據該儲能元件9的整個使用過程中的該歷史放電最大工作溫度、該歷史放電最大輸出電壓、及該歷史放電最大輸出電流，以考量最大的溫度、電壓與電流對該儲能元件9的壽命影響，而估算出該第二綜合衰退率，進而估算剩餘的該使用壽命。

本發明儲能元件的使用壽命的估算系統100所執行的估算方法的一第三實施例，大致上是與該第二實施例相同，不同的地方在於：該控制單元1還儲存對應該儲能元件操作在一充電模式的多個第二電容量衰退率對照表及多個第二權重係數對照表。每一該第二電容量衰退率對照表包括多個溫度、多個電壓、多個充電率(C-rate)、多個充電次數及多個衰退率的對應關係。每一該第二權重係數對照表包括一第三溫度權重係數、一第三電壓權重係數、一充電率權重係數、及一充電次數權重係數，及步驟S1~S6還有其他增加的流程。

於步驟S1，該溫度感測器2還偵測該儲能元件9操作在該充電模式的一充電工作溫度，該控制單元1還判斷所接收的該充電工作溫度的最大值，並儲存為一歷史充電最大工作溫度。

於步驟S2，該電壓感測器3還偵測該儲能元件9操作在該充電模式時所包含的每一電芯的一充電輸入電壓。該控制單元1判斷每一該電芯的該充電輸入電壓之其中最大值者，且儲存為一歷史充電最大輸入電壓。

於步驟S3，該電流感測器4還偵測該儲能元件9操作在該充電模式的一充電輸入電流。該控制單元1根據該充電輸入電流及該初始滿充電容量計算且儲存一歷史最大充電率，且還儲存該儲能元件9操作在該充電模式的一累積次數。舉例來說，該初始滿充電容量是3000Ah，即300萬mAh，當該充電輸入電流的歷史最大值是150萬mA時，則該歷史最大充電率等於150萬/300萬=0.2C。

於步驟S4，該控制單元1還根據該儲能元件9在目前狀態的該目前滿充電容量，選擇該等第二電容量衰退率對照表之其中一者作為一第二候選電容量衰退率對照表，並選擇該等第二權重係數對照表之其中一者為一第二候選權重係數對照表。

於步驟S5，該控制單元1還根據該第二候選電容量衰退率對照表，獲得對應該歷史充電最大工作溫度大小的一第三溫度相關衰退率R13、對應該歷史充電最大輸入電壓大小的一第三電壓相關衰退率R23、對應該歷史最大充電率大小的一第三充電率相關衰退率R33、及對應該累積次數的一充電次數相關衰退率R5，並根據該第二候選權重係數對照表，獲得該第三溫度權重係數W13、該第三電壓權重係數W23、該充電率權重係數W33、及該充電次數權重係數W5。在第三實施例中，W11、W12、W21、W22、W31、W32、及W4之和等於一放電權種比，W13、W23、W33、及W5之和等於一充電權種比，該放電權重比與該充電權重筆之和等於1，且例如分別等於0.5與0.5，但不以此為限。

於步驟S6，該控制單元1還計算一第三綜合衰退率Rt3，Rt3=W11*R11+W12*R12+W21*R21+W22*R22+W31*R31+W32*R32+W4*R4+W13*R13+W23*R23+W33*R33+W5*R5。該控制單元1根據該第三綜合衰退率Rt3、該目前滿充電容量Q2、及該滿充電容量臨界值Qt，計算該儲能元件9剩餘的該使用壽命TL，TL=(Q2-Qt)/Rt3。

另外要特別補充說明的是：在本實施例中，該控制單元1是預先儲存多個第一電容量衰退率對照表、多個第一權重係數對照表、多個第二電容量衰退率對照表、及多個第二權重係數對照表。而在其他實施例中，該控制單元1也可以是儲存多個方程式或計算公式，以取代該等對照表所包含的目前滿充電容量與多個溫度、多個電壓、多個電流、多個充電率、多個充電次數、及多個衰退率之間的對應關係，及該目前滿充電容量與多個權重係數之間的對應關係。

綜上所述，藉由針對不同的儲能元件9的規格與特性，例如是不同種類的充電電池，如鉛蓄電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池、鋰離子聚合物電池等等，預先儲存多個對應的電容量衰退率對照表及權重係數對照表於該控制單元1中。該控制單元1再藉由各個感測器獲得該工作溫度、輸出入電壓、及該輸出入電流，以根據該目前滿充電容量決定該第一候選容量衰退率對照表及該第一候選權重係數對照表，或還決定該第二候選容量衰退率對照表及該第二候選權重係數對照表，並決定對應的各個衰退率及權重係數，而能夠更精確地估算出該儲能元件9的該第一綜合衰退率、該第二綜合衰退率、或該第三綜合衰退率，進而精確地估算出剩餘的該使用壽命，故確實能達成本發明的目的。

惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。

100:估算系統 1:控制單元 2:溫度感測器 3:電壓感測器 4:電流感測器 9:儲能元件 S1~S6:步驟

本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一方塊圖，說明本發明儲能元件的使用壽命的估算系統的一實施例；及圖2是一流程圖，說明本發明儲能元件的使用壽命的估算方法的一第一實施例的步驟。

100:估算系統

1:控制單元

2:溫度感測器

3:電壓感測器

4:電流感測器

9:儲能元件

Claims

一種估算方法，適用於一估算系統及一儲能元件，該估算系統包含一控制單元、一溫度感測器、一電壓感測器、及一電流感測器，該控制單元儲存對應該儲能元件操作在一放電模式的多個第一電容量衰退率對照表及多個第一權重係數對照表，每一該第一電容量衰退率對照表包括多個溫度、多個電壓、多個電流及多個衰退率的對應關係，每一該第一權重係數對照表包括一電容量權重係數、一第一溫度權重係數、一第一電壓權重係數、一第一電流權重係數，該估算方法包含： (a)藉由該溫度感測器偵測該儲能元件操作在該放電模式的一放電工作溫度； (b)藉由該電壓感測器偵測該儲能元件操作在該放電模式的一放電輸出電壓； (c)藉由該電流感測器偵測該儲能元件操作在該放電模式的一放電輸出電流； (d)藉由該控制單元根據該儲能元件在目前狀態的一目前滿充電容量，選擇該等第一電容量衰退率對照表之其中一者作為一第一候選電容量衰退率對照表，並選擇該等第一權重係數對照表之其中一者為一第一候選權重係數對照表； (e)藉由該控制單元根據該第一候選電容量衰退率對照表，獲得對應該放電工作溫度大小的一第一溫度相關衰退率R11、對應該放電輸出電壓大小的一第一電壓相關衰退率R21、對應該放電輸出電流大小的一第一電流相關衰退率R31，並根據該第一候選權重係數對照表，獲得該第一溫度權重係數W11、該第一電壓權重係數W21、該第一電流權重係數W31、及該電容量權重係數W4，W11、W21、W31、及W4之和等於1；及 (f)藉由該控制單元計算一第一綜合衰退率Rt1，Rt1=W11*R11+W21*R21+W31*R31+W4*R4，其中，R4是對應該儲能元件的一電容量衰退率。
如請求項1所述的估算方法，其中，在步驟(f)中，該控制單元根據該儲能元件在初始狀態的一初始滿充電容量Q1、該目前滿充電容量Q2、及該儲能元件已運作的一目前已使用時間T1，計算該電容量衰退率R4，R4=(Q1-Q2)/T1。
如請求項2所述的估算方法，其中，在步驟(f)中，該控制單元還根據該第一綜合衰退率Rt1、該目前滿充電容量Q2、及一滿充電容量臨界值Qt，計算該儲能元件剩餘的一使用壽命TL，TL=(Q2-Qt)/Rt1。
如請求項2所述的估算方法，每一該第一權重係數對照表還包括一第二溫度權重係數、一第二電壓權重係數、及一第二電流權重係數，其中，在步驟(a)中，該控制單元儲存一歷史放電最大工作溫度，在步驟(b)中，該控制單元儲存一歷史放電最大輸出電壓，在步驟(c)中，該控制單元還儲存一歷史放電最大輸出電流，在步驟(e)中，該控制單元還根據該第一候選電容量衰退率對照表，獲得對應該歷史放電最大工作溫度大小的一第二溫度相關衰退率R12、對應該歷史放電最大輸出電壓大小的一第二電壓相關衰退率R22、及對應該歷史放電最大輸出電流大小的一第二電流相關衰退率R32，並根據該第一候選權重係數對照表，獲得該第二溫度權重係數W12、該第二電壓權重係數W22、及該第二電流權重係數W32，W11、W12、W21、W22、W31、W32、及W4之和等於1，在步驟(f)中，該控制單元還計算一第二綜合衰退率Rt2，Rt2=W11*R11+W12*R12+W21*R21+W22*R22 +W31*R31+W32*R32+W4*R4，該控制單元根據該第二綜合衰退率Rt2、該目前滿充電容量Q2、及一滿充電容量臨界值Qt，計算該儲能元件剩餘的一使用壽命TL，TL=(Q2-Qt)/Rt2。
如請求項2所述的估算方法，該儲能元件包含至少一電芯，每一該第一權重係數對照表還包括一第二溫度權重係數、一第二電壓權重係數、及一第二電流權重係數，該控制單元還儲存對應該儲能元件操作在一充電模式的多個第二電容量衰退率對照表及多個第二權重係數對照表，每一該第二電容量衰退率對照表包括多個溫度、多個電壓、多個充電率(C-rate)、多個充電次數及多個衰退率的對應關係，每一該第二權重係數對照表包括一第三溫度權重係數、一第三電壓權重係數、一充電率權重係數、及一充電次數權重係數，其中，在步驟(a)中，該溫度感測器還偵測該儲能元件操作在該充電模式的一充電工作溫度，該控制單元儲存一歷史放電最大工作溫度及一歷史充電最大工作溫度，在步驟(b)中，該電壓感測器還偵測該儲能元件操作在該充電模式時所包含的每一該電芯的一充電輸入電壓，該控制單元儲存一歷史放電最大輸出電壓，並判斷每一該電芯的該充電輸入電壓之其中最大值者，且儲存為一歷史充電最大輸入電壓，在步驟(c)中，該電流感測器還偵測該儲能元件操作在該充電模式的一充電輸入電流，該控制單元儲存一歷史放電最大輸出電流，並根據該充電輸入電流及該初始滿充電容量計算且儲存一歷史最大充電率，且還儲存該儲能元件操作在該充電模式的一累積次數，在步驟(d)中，該控制單元還根據該儲能元件在目前狀態的該目前滿充電容量，選擇該等第二電容量衰退率對照表之其中一者作為一第二候選電容量衰退率對照表，並選擇該等第二權重係數對照表之其中一者為一第二候選權重係數對照表；在步驟(e)中，該控制單元還根據該第一候選電容量衰退率對照表，獲得對應該歷史放電最大工作溫度大小的一第二溫度相關衰退率R12、對應該歷史放電最大輸出電壓大小的一第二電壓相關衰退率R22、及對應該歷史放電最大輸出電流大小的一第二電流相關衰退率R32，並根據該第一候選權重係數對照表，獲得該第二溫度權重係數W12、該第二電壓權重係數W22、及該第二電流權重係數W32，該控制單元還根據該第二候選電容量衰退率對照表，獲得對應該歷史充電最大工作溫度大小的一第三溫度相關衰退率R13、對應該歷史充電最大輸入電壓大小的一第三電壓相關衰退率R23、對應該歷史最大充電率大小的一第三充電率相關衰退率R33、及對應該累積次數的一充電次數相關衰退率R5，並根據該第二候選權重係數對照表，獲得該第三溫度權重係數W13、該第三電壓權重係數W23、該充電率權重係數W33、及該充電次數權重係數W5，W11、W12、W21、W22、W31、W32、及W4之和等於一放電權種比，W13、W23、W33、及W5之和等於一充電權種比，該放電權重比與該充電權重筆之和等於1，在步驟(f)中，該控制單元還計算一第三綜合衰退率Rt3，Rt3=W11*R11+W12*R12+W21*R21+W22*R22 +W31*R31+W32*R32+W4*R4+W13*R13+W23*R23+W33*R33+W5*R5，該控制單元根據該第三綜合衰退率Rt3、該目前滿充電容量Q2、及一滿充電容量臨界值Qt，計算該儲能元件剩餘的一使用壽命TL，TL=(Q2-Qt)/Rt3。
一種估算系統，適用於一儲能元件，並包含：一溫度感測器，偵測該儲能元件操作在一放電模式的一放電工作溫度；一電壓感測器，電連接該儲能元件以偵測該儲能元件操作在該放電模式的一放電輸出電壓；一電流感測器，電連接該儲能元件以偵測該儲能元件操作在該放電模式的一放電輸出電流；及一控制單元，電連接該溫度感測器、該電壓感測器、該電流感測器，以接收該放電工作溫度、該放電輸出電壓、及該放電輸出電流，並還儲存對應該儲能元件操作在該放電模式的多個第一電容量衰退率對照表及多個第一權重係數對照表，每一該第一電容量衰退率對照表包括多個溫度、多個電壓、多個電流及多個衰退率的對應關係，每一該第一權重係數對照表包括一電容量權重係數、一第一溫度權重係數、一第一電壓權重係數、一第一電流權重係數，其中，該控制單元根據該儲能元件在目前狀態的一目前滿充電容量，選擇該等第一電容量衰退率對照表之其中一者作為一第一候選電容量衰退率對照表，並選擇該等第一權重係數對照表之其中一者為一第一候選權重係數對照表，該控制單元根據該第一候選電容量衰退率對照表，獲得對應該放電工作溫度大小的一第一溫度相關衰退率R11、對應該放電輸出電壓大小的一第一電壓相關衰退率R21、對應該放電輸出電流大小的一第一電流相關衰退率R31，並根據該第一候選權重係數對照表，獲得該第一溫度權重係數W11、該第一電壓權重係數W21、該第一電流權重係數W31、及該電容量權重係數W4，W11、W21、W31、及W4之和等於1，該控制單元計算一第一綜合衰退率Rt1，Rt1=W11*R11+W21*R21+W31*R31+W4*R4，其中，R4是對應該儲能元件的一電容量衰退率。
如請求項6所述的估算系統，其中，該控制單元根據該儲能元件在初始狀態的一初始滿充電容量Q1、該目前滿充電容量Q2、及該儲能元件已運作的一目前已使用時間T1，計算該電容量衰退率R4，R4=(Q1-Q2)/T1。
如請求項7所述的估算系統，其中，該控制單元還根據該第一綜合衰退率Rt1、該目前滿充電容量Q2、及一滿充電容量臨界值Qt，計算該儲能元件剩餘的一使用壽命TL，TL=(Q2-Qt)/Rt1。
如請求項7所述的估算系統，其中，每一該第一權重係數對照表還包括一第二溫度權重係數、一第二電壓權重係數、及一第二電流權重係數，該控制單元還儲存一歷史放電最大工作溫度、一歷史放電最大輸出電壓、及一歷史放電最大輸出電流，該控制單元還根據該第一候選電容量衰退率對照表，獲得對應該歷史放電最大工作溫度大小的一第二溫度相關衰退率R12、對應該歷史放電最大輸出電壓大小的一第二電壓相關衰退率R22、及對應該歷史放電最大輸出電流大小的一第二電流相關衰退率R32，並根據該第一候選權重係數對照表，獲得該第二溫度權重係數W12、該第二電壓權重係數W22、及該第二電流權重係數W32，W11、W12、W21、W22、W31、W32、及W4之和等於1，該控制單元還計算一第二綜合衰退率Rt2，Rt2= W4*R4+W11*R11+W12*R12+W21*R21+W22*R22+W31*R31+W32*R32，該控制單元還根據該第二綜合衰退率Rt2、該目前滿充電容量Q2、及一滿充電容量臨界值Qt，計算該儲能元件剩餘的一使用壽命TL，TL=(Q2-Qt)/Rt2。
如請求項7所述的估算系統，其中，該儲能元件包含至少一電芯，該溫度感測器還偵測該儲能元件操作在一充電模式的一充電工作溫度，該控制單元儲存一歷史放電最大工作溫度及一歷史充電最大工作溫度，該電壓感測器還偵測該儲能元件操作在該充電模式時所包含的每一該電芯的一充電輸入電壓，該控制單元儲存一歷史放電最大輸出電壓，並判斷每一該電芯的該充電輸入電壓之其中最大值者，且儲存為一歷史充電最大輸入電壓，該電流感測器還偵測該儲能元件操作在該充電模式的一充電輸入電流，該控制單元儲存一歷史放電最大輸出電流，並根據該充電輸入電流及該初始滿充電容量計算且儲存一歷史最大充電率，且還儲存該儲能元件操作在該充電模式的一累積次數，每一該第一權重係數對照表還包括一第二溫度權重係數、一第二電壓權重係數、及一第二電流權重係數，該控制單元還儲存對應該儲能元件操作在該充電模式的多個第二電容量衰退率對照表及多個第二權重係數對照表，每一該第二電容量衰退率對照表包括多個溫度、多個電壓、多個充電率(C-rate)、多個充電次數及多個衰退率的對應關係，每一該第二權重係數對照表包括一第三溫度權重係數、一第三電壓權重係數、一充電率權重係數、及一充電次數權重係數，該控制單元還根據該儲能元件在目前狀態的該目前滿充電容量，選擇該等第二電容量衰退率對照表之其中一者作為一第二候選電容量衰退率對照表，並選擇該等第二權重係數對照表之其中一者為一第二候選權重係數對照表，該控制單元還根據該第一候選電容量衰退率對照表，獲得對應該歷史放電最大工作溫度大小的一第二溫度相關衰退率R12、對應該歷史放電最大輸出電壓大小的一第二電壓相關衰退率R22、及對應該歷史放電最大輸出電流大小的一第二電流相關衰退率R32，並根據該第一候選權重係數對照表，獲得該第二溫度權重係數W12、該第二電壓權重係數W22、及該第二電流權重係數W32，該控制單元還根據該第二候選電容量衰退率對照表，獲得對應該歷史充電最大工作溫度大小的一第三溫度相關衰退率R13、對應該歷史充電最大輸入電壓大小的一第三電壓相關衰退率R23、對應該歷史最大充電率大小的一第三充電率相關衰退率R33、及對應該累積次數的一充電次數相關衰退率R5，並根據該第二候選權重係數對照表，獲得該第三溫度權重係數W13、該第三電壓權重係數W23、該充電率權重係數W33、及該充電次數權重係數W5，W11、W12、W21、W22、W31、W32、及W4之和等於一放電權種比，W13、W23、W33、及W5之和等於一充電權種比，該放電權重比與該充電權重筆之和等於1，該控制單元還計算一第三綜合衰退率Rt3，Rt3=W11*R11+W12*R12+W21*R21+W22*R22+ W31*R31+W32*R32+W4*R4+W13*R13+W23*R23+W33*R33+W5*R5，該控制單元根據該第三綜合衰退率Rt3、該目前滿充電容量Q2、及一滿充電容量臨界值Qt，計算該儲能元件剩餘的一使用壽命TL，TL=(Q2-Qt)/Rt3。