TWI712814B - 電池故障檢測裝置與方法 - Google Patents

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Abstract

本發明的電池故障檢測裝置與方法，包括：控制單元用以檢測電池的開路電壓、導通電壓以及導通電流，導通電壓與導通電流被輸出預設數目N次，N＞1；控制單元計算電池的第n次之導通電壓與在檢測時間上與第n次導通電壓最接近的開路電壓，以及電池的第n次之導通電流，以獲得電池的第n次之內電阻值，n為正整數且n=1至N；於n大於或等於2時，計算電池的第 n-1次之內電阻值與第n次之內電阻值之間之絕對差值，並將該絕對差值與第n-1次之內電阻值相除後的結果作為電池的第n次之電阻變化量；以及根據電池的第n次之電阻變化量判斷電池是否故障。

Description

電池故障檢測裝置與方法
本發明係關於一種電池技術領域，特別是一種電池故障檢測裝置和方法。
目前現有技術如果在使用多節電池組時其中一顆電池故障，則該多節電池組必須整個停止工作，否則可能會造成電池爆炸或是壽命縮短的疑慮。儘管現今可能有不同的的電池故障檢測方法，但問題有二，第一，市面上多節電池組本身即使知道有電池故障，但該電池組也只能選擇停止供電，無法有效的同時排除故障也維持後端系統的穩定供電，第二，市面上事實上也沒有準確有效的電池故障檢測方法，這是因為市面上的電池無法得到準確的開路電壓(OCV或離線電壓)，多節電池必須離線後或啟動前，始能量測開路電壓，這樣即無法在多節電池使用期間有效的得到準確的電池內阻，一般電池都是透過電阻和電壓(開路或導通電壓)來做模型分析電池故障行為；因此，如何更有效的檢測電池故障的方法亟待解決。
為達成上述目的，本發明所揭電池故障檢測裝置，供使用在一具有M個電池的充/放電系統，M為正整數，包括：M個切換電路，該M個切換電路一對一連接該M個電池，用以使該M個電池中的M-X個電池形成一充電/放電迴路，X為正整數，且使其餘X個電池離線於該充電/放電迴路而作為X個離線電池；以及至少一控制單元，連接該M個切換電路，且控制該M個切換電路形成該充電/放電迴路，該控制單元用以檢測每個電池的一開路電壓、一導通電壓以及一導通電流，該導通電壓與該導通電流被輸出預設數目N次，N＞1；其中，該控制單元計算每個電池的第n次之該導通電壓與在檢測時間上與第n次該導通電壓最接近的該開路電壓，以及每個電池的第n次之該導通電流，以獲得每個電池的第n次之一內電阻值，n為正整數且n=1至N；於n大於或等於2時，計算每個電池的第 n-1次之該內電阻值與第n次之該內電阻值之間之一絕對差值，並將該絕對差值與第n-1次之該內電阻值相除後的一結果作為每個電池的第n次之一電阻變化量，該控制單元於獲得每個電池的該電阻變化量的過程中，該電池能同時被故障檢測並維持該充/放電系統的運作；根據每個電池的第n次之該電阻變化量判斷每個電池是否故障；以及將該M-X個電池分別與該X個離線電池相比較，而將判斷為故障或符合一切換條件的該X個電池，自該充電/放電迴路中離線而成為新離線電池，並將該X個離線電池加入該充電/放電迴路，而使該M個電池於系統運作時維持該M-X個電池於該充電/放電迴路。
又，為了達成上述目的，本發明所揭電池故障檢測裝置，其中，該切換條件係滿足該電池的第n次之該電阻變化量大於一電阻差異預設值，並判定該電池故障。
又，為了達成上述目的，本發明所揭電池故障檢測裝置，其中，該電阻差異預設值的設定範圍介於1%至5%之間。
又，為了達成上述目的，本發明所揭電池故障檢測裝置，其中，該M個切換電路中的每個切換電路包括一串聯開關及一旁路開關，該串聯開關係串聯連接該電池，該旁路開關係連接該串聯開關及該電池，且與該串聯開關及該電池形成並聯連接，該控制單元用以驅動每個電池對應耦接之該切換電路的該串聯開關及該旁路開關之斷開或導通。
又，為了達成上述目的，本發明所揭電池故障檢測裝置更包括一電壓量測單元以及一電流量測單元，該電壓量測單元以及該電流量測單元分別與該M個電池電性連接，用以分別量測每個電池之該開路電壓、該導通電壓以及該導通電流，該控制單元分別與該電壓量測單元及該電流量測單元電性連接，用以偵測每個電池之該開路電壓、該導通電壓以及該導通電流。
又，為了達成上述目的，本發明所揭電池故障檢測裝置更包括一警報單元，在該控制單元判斷該電池故障時，發出一警報信號。
本發明之另一主要目的，提供電池故障檢測方法，供使用在一具有M個電池的充/放電系統，M為正整數，包括：至少一控制單元連接M個切換電路，且控制該M個切換電路，用以使該M個電池中的M-X個電池形成一充電/放電迴路，X為正整數，且使其餘X個電池離線於該充電/放電迴路而作為X個離線電池；該控制單元用以檢測每個電池的一開路電壓、一導通電壓以及一導通電流，該導通電壓與該導通電流被輸出預設數目N次，N＞1；該控制單元計算每個電池的第n次之該導通電壓與在檢測時間上與第n次該導通電壓最接近的該開路電壓，以及每個電池的第n次之該導通電流，以獲得每個電池的第n次之一內電阻值，n為正整數且n=1至N，於n大於或等於2時，計算每個電池的第 n-1次之該內電阻值與第n次之該內電阻值之間之一絕對差值，並將該絕對差值與第n-1次之該內電阻值相除後的一結果作為每個電池的第n次之一電阻變化量，該控制單元於獲得每個電池的該電阻變化量的過程中，該電池能同時被故障檢測並維持該充/放電系統的運作；根據每個電池的第n次之該電阻變化量判斷每個電池是否故障；以及將該M-X個電池分別與該X個離線電池相比較，而將判斷為故障或符合一切換條件的該X個電池，自該充電/放電迴路中離線而成為新離線電池，並將該X個離線電池加入該充電/放電迴路，而使該M個電池於系統運作時維持該M-X個電池於該充電/放電迴路。
又，為了達成上述目的，本發明所揭電池故障檢測方法，其中，該切換條件是滿足該電池的第n次之該電阻變化量大於一電阻差異預設值，並判定該電池故障。
又，為了達成上述目的，本發明所揭電池故障檢測方法，其中，該電阻差異預設值的設定範圍介於1%至5%之間。
又，為了達成上述目的，本發明所揭電池故障檢測方法，其中，在放電時，該切換條件是該M-X個電池中蓄電容量最少的X個電池的蓄電容量小於該X個離線電池的蓄電容量。
又，為了達成上述目的，本發明所揭電池故障檢測方法，其中，在放電時，該切換條件是該M-X個電池中該導通電壓最低的X個電池的該導通電壓小於該X個離線電池的該開路電壓。
又，為了達成上述目的，本發明所揭電池故障檢測方法，其中，該控制單元計算每個電池的第n次之該導通電壓與在檢測時間上與第n次該導通電壓最接近的該開路電壓，以及每個電池的第n次之該導通電流，以獲得每個電池的第n次之該內電阻值，n為正整數且n=1至N，具體為：滿足以下的公式(1) ：R(n) = (V BC(n)–V OC) /  I(n)，其中R(n)表示每個電池的第n次計算的該內電阻值，V BC(n)表示每個電池的第n次檢測的該導通電壓， V OC表示每個電池在檢測時間上與第n次該導通電壓最接近的該開路電壓， I(n)表示每個電池的第n次檢測的該導通電流。
本發明之又一主要目的，提供單一電池的電池故障檢測方法，包括：一控制單元用以檢測一電池的一開路電壓、一導通電壓以及一導通電流，該導通電壓與該導通電流被輸出預設數目N次，N＞1；該控制單元計算該電池的第n次之該導通電壓與在檢測時間上與第n次該導通電壓最接近的該開路電壓，以及該電池的第n次之該導通電流，以獲得該電池的第n次之一內電阻值，n為正整數且n=1至N；於n大於或等於2時，計算該電池的第 n-1次之該內電阻值與第n次之該內電阻值之間之一絕對差值，並將該絕對差值與第n-1次之該內電阻值相除後的一結果作為該電池的第n次之一電阻變化量； 以及根據該電池的第n次之該電阻變化量判斷該電池是否故障。
又，為了達成上述目的，本發明所揭電池故障檢測方法，其中，該切換條件是滿足該電池的第n次之該電阻變化量大於一電阻差異預設值，該電阻差異預設值的設定範圍介於1%至5%之間，並判定該電池故障。
有關本發明所提供之電池故障檢測裝置及方法的詳細構造、特點、組裝或使用方式，將於後續的實施方式詳細說明中予以描述。然而，在本發明領域中具有通常知識者應能瞭解，該等詳細說明以及實施本發明所列舉的特定實施例，僅係用於說明本發明，並非用以限制本發明之專利申請範圍。
以下，茲配合各圖式列舉對應之較佳實施例來對本發明的電池故障檢測裝置及方法的組成構件、步驟及達成功效來作說明，然各圖式中電池故障檢測裝置及方法的構件、尺寸及外觀僅用來說明本發明的技術特徵，而非對本發明構成限制。
參考圖1所示一實施例，該圖是本發明具有M個電池的充/放電系統10的組成方塊圖，本實施例M是6，本發明具有M個電池的充/放電系統10應用於一電力系統，電力系統可以是可攜式電腦、手機、電動車、電動機車、可攜式小家電等各種需要通過電池供電來運作的設備。
如圖1所示，具有M個電池的充/放電系統10藉由兩端11、13連接上述的電力系統，本實施例M是6，且包括六個電池31-36及一電池故障檢測裝置50，電池故障檢測裝置50包括六個切換電路51-56及一控制單元57，切換電路51-56的數量等於電池的數量，六個切換電路51-56一對一連接六個電池31-36，控制單元57連接六個切換電路51-56，且控制六個切換電路51-56形成充電/放電迴路。換言之，控制單元57有多個連接埠，來連接六個切換電路51-56，控制單元57有多個連接埠這是本領域可理解，於此不做贅述。
例如控制單元57是從六個電池31-36中選擇五個電池31-35形成一充電/放電迴路，且將分別檢測六個電池31-36的各別電性，其中，未被分配在充電/放電迴路中的電池36定義為離線電池。
應注意的是，傳統電力系統的電池配置的總數量的總和電壓等於電力系統所需的電壓，也就是不會有額外的離線(閒置)電池，但本發明除了依據電力系統所需電量來配置對應電池外，還額外增加一個電池，因此，在本實施例中，M是6，M-1(等於5)個電池形成的充電/放電迴路是電力系統所需要的電量，離線電池則可休息等待被分配。
雖然，本實施例中離線電池的數量是一個，但實務中，離線電池的數量也可以是兩個或兩個以上。當離線電池設計為兩個或兩個以上時，充電/放電迴路的電池數量為M-2或M-X，X表示有兩個以上的離線電池。
在五個電池31-35的各別電性分別與離線電池36的電性相比較的結果，電池35符合一切換條件時，控制單元57選擇電池35自充電/放電迴路中斷開，並將離線電池36加入該充電/放電迴路，被斷開的該電池35成為新離線電池。
因為控制單元57包含充電應用及放電應用，因此，切換條件也會隨著充電應用及放電應用有所差異，差異將於後文中詳述。
離線電池可有效使用勒沙特列原理(Le Chatelier's principle)，讓電池的內部化學組成在休息時獲得較佳的平衡。又，將電池從充電/放電迴路中斷開(即離線電池)來作量測，可避免造成電壓量測誤差，進而提高離線電池的電性估算精確性。
再者，無論充電或放電過程中，六個電池中的任一者若發生異常狀況，例如過電壓、低電壓或內電阻異常變化時，可藉由控制單元57檢測到異常電池的狀態，並讓成為離線電池，而可以提高多節電池的安全性。
每個切換電路51-56包括一串聯開關511、521、531、541、551、561及一旁路開關513、523、533、543、553、563，串聯開關511、521、531、541、551、561串聯連接電池31-36，旁路開關513、523、533、543、553、563連接串聯開關511、521、531、541、551、561及電池31-36，且與串聯開關511、521、531、541、551、561及電池31-36形成並聯連接。
充電/放電迴路的形成是通過控制單元57控制該些切換電路51-56。例如當將充電/放電迴路中的電池35切換成新離線電池，且將原離線電池36加入充電/放電迴路中時，控制單元57可將連接新離線電池35的切換電路55的串聯開關551斷開，且旁路開關553導通，這樣新離線電池35就不會被充電或放電，並將連接原離線電池36的切換電路56的串聯開關561導通，且旁路開關563斷開，以讓原離線電池36加入充電/放電迴路中進行充電或放電。
上述的說明可知本發明所述的具有M個電池的充/放電系統10的組成，隨後詳細說明放電應用及充電應用，以及電池故障檢測裝置50及方法的控制運作。其中，上述充電/放電迴路，隨後在放電應用時以放電迴路來做說明，在充電應用時則以充電迴路來說明，換言之，充電/放電迴路是指可以作為充電應用或放電應用，而非同時做充電應用及放電應用。
本發明一實施例透過將電池等效成一電壓源和一電阻，當電池故障時，則是透過並聯一線阻元件來模擬其產生漏電或短路，傳統技術利用電壓法量測電池失效後的電壓會變小，透過比較正常模式與失效模式兩者的電壓差異來判斷電池是否失效，圖2為本發明一實施例所繪示的電池於充電中電池故障之電壓變化數據圖，例如鋰離子電池滿電電壓為4.2伏特(V)，電池充電進行中電池電壓線性上升，電池於充電中漏電發生，量測電壓由 4V 瞬間下降到 3.96V，電壓下降差異值0.04V，即電壓下降百分比1%，容易落到電壓量測裝置合理的量測誤差範圍內，而無法準確判斷該電池是否漏電 。
與圖2同樣的實驗，當電池如果故障，例如異常漏電，則電池的內電阻值會突然變小，本發明利用電池的開路電壓、導通電壓和導通電流計算電池的內電阻值，計算每個電池的前一次之內電阻值與當次之內電阻值之間之一絕對差值，並將該絕對差值與前一次之該內電阻值相除後的一結果作為每個電池的當次之一電阻變化量，該電池的當次之電阻變化量大於一電阻差異預設值，則判定該電池故障，圖3為本發明一實施例所繪示的電池於充電中電池故障之內電阻值變化數據圖，例如鋰離子電池滿電電壓為4.2V，電池充電進行中電池的內電阻值線性上升，電池於充電中漏電發生時，電池的內電阻值由前一次的 0.30 歐姆(Ohm)  瞬間下降到 當次的0.26 Ohm，計算電池的內電阻值的絕對差值為0.04 Ohm，並將該絕對差值0.04 Ohm與前一次的該內電阻值0.30 Ohm相除後的一結果作為電池的當次之一電阻變化量13.33%，該電池的當次的電阻變化量13.33%大於一電阻差異預設值，該電阻差異預設值的設定範圍介於1%至5%之間，可發現本發明於電池異常時的檢知靈敏度優於圖2傳統電壓法的電池故障檢測，可以準確有效的判斷電池故障漏電，具有無法預期的功效，電池的該電阻差異預設值變化範圍可根據量測解析度而定。
同樣的，本發明亦適用開路故障檢測，當電池開路時，則電池的內電阻值會突然變大，本發明利用電池的開路電壓、導通電壓和導通電流計算電池的內電阻值，計算每個電池的前一次之內電阻值與當次之內電阻值之間之一絕對差值，並將該絕對差值與前一次之該內電阻值相除後的一結果作為每個電池的當次之一電阻變化量，該電池的當次之電阻變化量大於一電阻差異預設值，該電阻差異預設值的設定範圍介於1%至5%之間或較大的預定值，則判定該電池故障，即可當作其為開路。
參考圖1以及圖3，電池故障檢測裝置50供使用在一具有六個電池的充/放電系統10，包括：六個切換電路51-56，每個該切換電路51-56包括一串聯開關511、521、531、541、551、561及一旁路開關513、523、533、543、553、563，該串聯開關511、521、531、541、551、561係串聯連接該電池31-36，該旁路開關513、523、533、543、553、563係連接該串聯開關511、521、531、541、551、561及該電池31-36，且與該串聯開關511、521、531、541、551、561及該電池31-36形成並聯連接，該控制單元57用以驅動每個電池31-36對應耦接之該切換電路51-56的該串聯開關511、521、531、541、551、561及該旁路開關513、523、533、543、553、563之斷開或導通，該六個切換電路51-56一對一連接該六個電池31-36，例如用以使該六個電池31-36中的五個電池31-35形成一充電/放電迴路，且使其餘一個電池36離線於該充電/放電迴路而作為離線電池；以及一控制單元57，連接該六個切換電路51-56，且控制該六個切換電路51-56形成該充電/放電迴路，該控制單元57用以檢測每個電池31-36的一開路電壓、一導通電壓以及一導通電流，該導通電壓與該導通電流被輸出預設數目N次，N＞1；其中，該控制單元57計算每個電池31-36的第n次之該導通電壓與在檢測時間上與第n次該導通電壓最接近的該開路電壓，以及每個電池31-36的第n次之該導通電流，以獲得每個電池31-36的第n次之一內電阻值，n為正整數且n=1至N，具體為：滿足以下的公式(1) ：R(n) = (V BC(n)–V OC) /  I(n)，其中R(n)表示每個電池31-36的第n次計算的該內電阻值，V BC(n)表示每個電池31-36的第n次檢測的該導通電壓， V OC表示每個電池31-36在檢測時間上與第n次該導通電壓最接近的該開路電壓， I(n)表示每個電池31-36的第n次檢測的該導通電流，於n大於或等於2時，計算每個電池31-36的第 n-1次之該內電阻值與第n次之該內電阻值之間之一絕對差值，並將該絕對差值與第n-1次之該內電阻值相除後的一結果作為每個電池31-36的第n次之一電阻變化量，該控制單元於獲得每個電池的該電阻變化量的過程中，該電池係能同時被故障檢測並維持該充/放電系統的運作；以及將五個電池31-35分別與該一個離線電池36相比較，而將判斷為故障或符合一切換條件的該電池35，自該充電/放電迴路中離線而成為新離線電池，並將該已離線電池36加入該充電/放電迴路，而使該六個電池於系統運作時維持該五個電池於充/放電迴路，例如，故障或該切換條件係滿足該電池35的第n次之該電阻變化量大於一電阻差異預設值，並判定該電池35故障，該電阻差異預設值的設定範圍介於1%至5%之間。
同時繼續參考圖1以及圖3，本發明所述之電池故障檢測裝置50，其中，更包括一電壓量測單元(圖未示)以及一電流量測單元(圖未示)，該電壓量測單元(圖未示)以及該電流量測單元(圖未示)分別與該六個電池31-36電性連接，用以分別量測每個電池31-36之該開路電壓、該導通電壓以及該導通電流，該控制單元57分別與該電壓量測單元(圖未示)及該電流量測單元(圖未示)電性連接，用以偵測每個電池31-36之該開路電壓、該導通電壓以及該導通電流。
同時繼續參考圖1以及圖3，本發明所述之電池故障檢測裝置50，其中，更包括一警報單元(圖未示)，在該控制單元57判斷該電池31-36故障時，發出一警報信號(圖未示)。
本發明另一實施例(圖未示)與前述電池故障檢測裝置50實施例類似，差異處僅在於複數控制單元，即一種電池故障檢測裝置，供使用在一具有M個電池的充/放電系統，M為正整數，包括：M個切換電路，該M個切換電路一對一連接該M個電池，用以使該M個電池中的M-X個電池形成一充電/放電迴路，X為正整數，且使其餘X個電池離線於該充電/放電迴路而作為離線電池；以及複數控制單元，該等控制單元彼此電性連接，分配連接該M個切換電路，且控制該M個切換電路形成該充電/放電迴路，用以檢測分配的每個電池的一開路電壓、一導通電壓以及一導通電流，該導通電壓與該導通電流被輸出預設數目N次，N＞1；其中，該等控制單元計算分配的每個電池的第n次之該導通電壓與在檢測時間上與第n次該導通電壓最接近的該開路電壓，以及分配的每個電池的第n次之該導通電流，以獲得分配的每個電池的第n次之一內電阻值，n為正整數且n=1至N；於n大於或等於2時，計算分配的每個電池的第 n-1次之該內電阻值與第n次之該內電阻值之間之一絕對差值，並將該絕對差值與第n-1次之該內電阻值相除後的一結果作為分配的每個電池的第n次之一電阻變化量，該等控制單元於獲得分配的每個電池的該電阻變化量的過程中，該電池係能同時被故障檢測並維持該充/放電系統的運作；該等控制單元根據每個電池的第n次之該電阻變化量判斷每個電池是否故障；以及將該M-X個電池分別與該X個離線電池相比較，而將判斷為故障或符合一切換條件的該X個電池，自該充電/放電迴路中離線而成為新離線電池，並將該X個已離線電池加入該充電/放電迴路，而使該M個電池於系統運作時維持該M-X個電池於充/放電迴路。
繼續參考圖1、圖3以及前述電池故障檢測裝置50的說明，本發明一實施例所述的電池故障檢測方法的步驟，供使用在圖1所示的一具有M個電池的充/放電系統10，M為正整數，本實施例中M是6，但本發明電池故障檢測方法不限於此；首先，步驟S1：一控制單元57連接六個切換電路51-56，且控制該六個切換電路51-56，用以使該六個電池31-36中的五個電池形成一充電/放電迴路，例如在初始時選擇電池31-36的其中五個電池31-35作為充電迴路，且使其餘1個電池36離線於該充電/放電迴路而作為離線電池；步驟S2：該控制單元57用以檢測每個電池31-36的一開路電壓、一導通電壓以及一導通電流，該導通電壓與該導通電流被輸出預設數目N次，N＞1；步驟S3：該控制單元57計算每個電池31-36的第n次之該導通電壓與在檢測時間上與第n次該導通電壓最接近的該開路電壓，以及每個電池31-36的第n次之該導通電流，以獲得每個電池31-36的第n次之一內電阻值，n為正整數且n=1至N，具體為：滿足以下的公式(1) ：R(n) = (V BC(n)–V OC) /  I(n)，其中R(n)表示每個電池31-36的第n次計算的該內電阻值，V BC(n)表示每個電池31-36的第n次檢測的該導通電壓， V OC表示每個電池31-36在檢測時間上與第n次該導通電壓最接近的該開路電壓， I(n)表示每個電池31-36的第n次檢測的該導通電流，於n大於或等於2時，計算每個電池31-36的第 n-1次之該內電阻值與第n次之該內電阻值之間之一絕對差值，並將該絕對差值與第n-1次之該內電阻值相除後的一結果作為每個電池31-36的第n次之一電阻變化量，該控制單元於獲得每個電池的該電阻變化量的過程中，該電池係能同時被故障檢測並維持該充/放電系統的運作；步驟S4：根據每個電池31-36的第n次之該電阻變化量判斷每個電池31-36是否故障；以及步驟S5：例如在五個電池31-35的各別電性分別與離線電池36的電性相比較的結果，在五個電池31-35的其中一個電池35符合一切換條件時，或者在五個電池31-35的其中一個電池35判斷為故障，控制單元57控制連接電池35的切換電路55，使電池35自該充電/放電迴路中離線而成為新離線電池，以讓電池35暫時休息，同時，將已離線電池36加入該充電/放電迴路中，並使該六個電池31-36於系統運作時維持該5個電池於充/放電迴路。
參考圖1以及圖3，本發明所述電池故障檢測方法，例如該切換條件係滿足該電池31-35其中一個電池35的第n次之該電阻變化量大於一電阻差異預設值，該電阻差異預設值的設定範圍介於1%至5%之間，判定該電池35故障。
上述實施例是說明當充電時電池故障檢測方法，參考圖1當電池放電時亦可使用此方法進行電池故障檢測，但由於放電時如果電池有故障，則其電池蓄電容量會下降更快，因此仍可以使用圖1具有六個電池31-36的充/放電系統輪休電量的比較方法進行置換，即本發明所述電池故障檢測方法，在實施例中，在放電時，而將判斷為符合一切換條件，例如該切換條件是該五個電池31-35中蓄電容量最少的一個電池35的蓄電容量小於該離線電池36的蓄電容量，或者在放電時，該切換條件是指該五個電池31-35中該導通電壓最低的一個電池35的該導通電壓小於該離線電池36的該開路電壓。
本發明另一實施例(圖未示)電池故障檢測方法的步驟，供使用在一具有M個電池的充/放電系統，與前述電池故障檢測方法的實施例類似，差異處僅在於複數控制單元，首先，步驟S1：複數控制單元，該等控制單元彼此電性連接，分配連接該M個切換電路，且控制該M個切換電路形成該充電/放電迴路；步驟S2：該等控制單元用以檢測分配的每個電池的一開路電壓、一導通電壓以及一導通電流，該導通電壓與該導通電流被輸出預設數目N次，N＞1；步驟S3：該等控制單元計算分配的每個電池的第n次之該導通電壓與在檢測時間上與第n次該導通電壓最接近的該開路電壓，以及分配的每個電池的第n次之該導通電流，以獲得分配的每個電池的第n次之一內電阻值，n為正整數且n=1至N，具體為：滿足以下的公式(1) ：R(n) = (V BC(n)–V OC) /  I(n)，其中R(n)表示每個電池的第n次計算的該內電阻值，V BC(n)表示每個電池的第n次檢測的該導通電壓， V OC表示每個電池在檢測時間上與第n次該導通電壓最接近的該開路電壓， I(n)表示每個電池的第n次檢測的該導通電流；於n大於或等於2時，計算分配的每個電池的第 n-1次之該內電阻值與第n次之該內電阻值之間之一絕對差值，並將該絕對差值與第n-1次之該內電阻值相除後的一結果作為分配的每個電池的第n次之一電阻變化量，該等控制單元於獲得分配的每個電池的該電阻變化量的過程中，該電池係能同時被故障檢測並維持該充/放電系統的運作；步驟S4：根據每個電池的第n次之該電阻變化量判斷每個電池是否故障；以及步驟S5：將該M-X個電池分別與該X個離線電池相比較，而將判斷為故障或符合一切換條件的該X個電池，自該充電/放電迴路中離線而成為新離線電池，並將該X個已離線電池加入該充電/放電迴路，而使該M個電池於系統運作時維持該M-X個電池於充/放電迴路。
本發明又一實施例的電池故障檢測方法(圖未示)，供使用在單一電池的故障檢測，包括：首先，步驟S11：一控制單元57用以檢測一電池的一開路電壓、一導通電壓以及一導通電流，其中該電池的開路電壓可以利用電力系統停機或不需該電池供電時檢測或切換開關使該電池離線， 該導通電壓與該導通電流被輸出預設數目N次，N＞1；步驟S12：該控制單元57計算該電池的第n次之該導通電壓與在檢測時間上與第n次該導通電壓最接近的該開路電壓，以及該電池的第n次之該導通電流，以獲得該電池的第n次之一內電阻值，n為正整數且n=1至N；步驟S13：於n大於或等於2時，計算該電池的第 n-1次之該內電阻值與第n次之該內電阻值之間之一絕對差值，並將該絕對差值與第n-1次之該內電阻值相除後的一結果作為該電池的第n次之一電阻變化量； 以及步驟S14：根據該電池的第n次之該電阻變化量判斷該電池是否故障。
步驟S12中，該控制單元57計算該電池的第n次之該導通電壓與在檢測時間上與第n次該導通電壓最接近的該開路電壓，以及該電池的第n次之該導通電流，以獲得該電池的第n次之一內電阻值，n為正整數且n=1至N，具體為：滿足以下的公式(1) ：R(n) = (V BC(n)–V OC) /  I(n)，其中R(n)表示該電池的第n次計算的該內電阻值，V BC(n)表示該電池的第n次檢測的該導通電壓， V OC表示該電池在檢測時間上與第n次該導通電壓最接近的該開路電壓， I(n)表示該電池的第n次檢測的該導通電流，於n大於或等於2時，計算該電池的第 n-1次之該內電阻值與第n次之該內電阻值之間之一絕對差值，並將該絕對差值與第n-1次之該內電阻值相除後的一結果作為該電池的第n次之一電阻變化量，該控制單元於獲得該電池的該電阻變化量的過程中，該電池係能同時被故障檢測並維持該充/放電系統的運作。
在步驟S14中，根據該電池的第n次之該電阻變化量判斷該電池是否故障，其中該電阻變化量大於一電阻差異預設值，該電阻差異預設值的設定範圍介於1%至5%之間，判定該電池故障。
最後，強調，本發明於前揭實施例中所揭露的構成元件，僅為舉例說明，並非用來限制本案之範圍，其他等效元件的替代或變化，亦應為本案之申請專利範圍所涵蓋。
10:具有M個電池的充/放電系統，本實施例M是6 11、13:端 31、32、33、34、35、36:電池 50:電池故障檢測裝置 51、52、53、54、55、56:切換電路 511、521、531、541、551、561:串聯開關 513、523、533、543、553、563:旁路開關 57:控制單元
圖1為本發明一實施例所繪示的具有M個電池的充/放電系統的組成方塊圖，實施例中M是6。 圖2為本發明一實施例所繪示的電池於充電中電池故障之電壓變化數據圖。 圖3為本發明一實施例所繪示的電池於充電中電池故障之內電阻值變化數據圖。
10:具有M個電池的充/放電系統，本實施例M是6
11、13:端
31、32、33、34、35、36:電池
50:電池故障檢測裝置
51、52、53、54、55、56:切換電路
511、521、531、541、551、561:串聯開關
513、523、533、543、553、563:旁路開關
57:控制單元

Claims (13)

  1. 一種電池故障檢測裝置，供使用在一具有M個電池的充/放電系統，M為正整數，包括： M個切換電路，該M個切換電路一對一連接該M個電池，用以使該M個電池中的M-X個電池形成一充電/放電迴路，X為正整數，且使其餘X個電池離線於該充電/放電迴路而作為X個離線電池；以及 至少一控制單元，連接該M個切換電路，且控制該M個切換電路形成該充電/放電迴路，該控制單元用以檢測每個電池的一開路電壓、一導通電壓以及一導通電流，該導通電壓與該導通電流被輸出預設數目N次，N＞1， 其中，該控制單元計算每個電池的第n次之該導通電壓與在檢測時間上與第n次該導通電壓最接近的該開路電壓，以及每個電池的第n次之該導通電流，以獲得每個電池的第n次之一內電阻值，n為正整數且n=1至N，於n大於或等於2時，計算每個電池的第 n-1次之該內電阻值與第n次之該內電阻值之間之一絕對差值，並將該絕對差值與第n-1次之該內電阻值相除後的一結果作為每個電池的第n次之一電阻變化量，該控制單元於獲得每個電池的該電阻變化量的過程中，該電池係能同時被故障檢測並維持該充/放電系統的運作，根據每個電池的第n次之該電阻變化量判斷每個電池是否故障，以及將該M-X個電池分別與該X個離線電池相比較，而將判斷為故障或符合一切換條件的該X個電池，自該充電/放電迴路中離線而成為新離線電池，並將該X個離線電池加入該充電/放電迴路，而使該M個電池於系統運作時維持該M-X個電池於該充電/放電迴路。
  2. 如請求項1所述之電池故障檢測裝置，其中，該切換條件是滿足該電池的第n次之該電阻變化量大於一電阻差異預設值，並判定該電池故障。
  3. 如請求項2所述之電池故障檢測裝置，其中，該電阻差異預設值的設定範圍介於1%至5%之間。
  4. 如請求項1所述之電池故障檢測裝置，其中，該M個切換電路中的每個切換電路包括一串聯開關及一旁路開關，該串聯開關串聯連接該電池，該旁路開關連接該串聯開關及該電池，且與該串聯開關及該電池形成並聯連接，該控制單元用以驅動每個電池對應耦接之該切換電路的該串聯開關及該旁路開關之斷開或導通。
  5. 如請求項1所述之電池故障檢測裝置，更包括一電壓量測單元以及一電流量測單元，該電壓量測單元以及該電流量測單元分別與該M個電池電性連接，用以分別量測每個電池之該開路電壓、該導通電壓以及該導通電流，該控制單元分別與該電壓量測單元及該電流量測單元電性連接，用以偵測每個電池之該開路電壓、該導通電壓以及該導通電流。
  6. 如請求項1所述之電池故障檢測裝置，更包括一警報單元，在該控制單元判斷該電池故障時，發出一警報信號。
  7. 一種電池故障檢測方法，供使用在一具有M個電池的充/放電系統，M為正整數，包括： 至少一控制單元連接M個切換電路，且控制該M個切換電路，用以使該M個電池中的M-X個電池形成一充電/放電迴路，X為正整數，且使其餘X個電池離線於該充電/放電迴路而作為X個離線電池； 該控制單元用以檢測每個電池的一開路電壓、一導通電壓以及一導通電流，該導通電壓與該導通電流被輸出預設數目N次，N＞1； 該控制單元計算每個電池的第n次之該導通電壓與在檢測時間上與第n次該導通電壓最接近的該開路電壓，以及每個電池的第n次之該導通電流，以獲得每個電池的第n次之一內電阻值，n為正整數且n=1至N，於n大於或等於2時，計算每個電池的第 n-1次之該內電阻值與第n次之該內電阻值之間之一絕對差值，並將該絕對差值與第n-1次之該內電阻值相除後的一結果作為每個電池的第n次之一電阻變化量，該控制單元於獲得每個電池的該電阻變化量的過程中，該電池能同時被故障檢測並維持該充/放電系統的運作； 根據每個電池的第n次之該電阻變化量判斷每個電池是否故障；以及 將該M-X個電池分別與該X個離線電池相比較，而將判斷為故障或符合一切換條件的該X個電池，自該充電/放電迴路中離線而成為新離線電池，並將該X個離線電池加入該充電/放電迴路，而使該M個電池於系統運作時維持該M-X個電池於該充電/放電迴路。
  8. 如請求項7所述之電池故障檢測方法，其中，該切換條件是滿足該電池的第n次之該電阻變化量大於一電阻差異預設值，並判定該電池故障。
  9. 如請求項8所述之電池故障檢測方法，其中，該電阻差異預設值的設定範圍介於1%至5%之間。
  10. 如請求項7所述之電池故障檢測方法，其中，在放電時，該切換條件是該M-X個電池中蓄電容量最少的X個電池的蓄電容量小於該X個離線電池的蓄電容量。
  11. 如請求項7所述之電池故障檢測方法，其中，在放電時，該切換條件是指該M-X個電池中該導通電壓最低的X個電池的該導通電壓小於該X個離線電池的該開路電壓。
  12. 如請求項7所述之電池故障檢測方法，其中，該控制單元計算每個電池的第n次之該導通電壓與在檢測時間上與第n次該導通電壓最接近的該開路電壓，以及每個電池的第n次之該導通電流，以獲得每個電池的第n次之該內電阻值，n為正整數且n=1至N，具體為：滿足以下的公式(1) ：R(n) = (V BC(n)–V OC) /  I(n)，其中R(n)表示每個電池的第n次計算的該內電阻值，V BC(n)表示每個電池的第n次檢測的該導通電壓， V OC表示每個電池在檢測時間上與第n次該導通電壓最接近的該開路電壓， I(n)表示每個電池的第n次檢測的該導通電流。
  13. 一種電池故障檢測方法，包括： 一控制單元用以檢測一電池的一開路電壓、一導通電壓以及一導通電流，該導通電壓與該導通電流被輸出預設數目N次，N＞1； 該控制單元計算該電池的第n次之該導通電壓與在檢測時間上與第n次該導通電壓最接近的該開路電壓，以及該電池的第n次之該導通電流，以獲得該電池的第n次之一內電阻值，n為正整數且n=1至N； 於n大於或等於2時，計算該電池的第 n-1次之該內電阻值與第n次之該內電阻值之間之一絕對差值，並將該絕對差值與第n-1次之該內電阻值相除後的一結果作為該電池的第n次之一電阻變化量； 以及 根據該電池的第n次之該電阻變化量判斷該電池是否故障。
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