专利名称：：通过电池充放电特性检控容量与功率的方法
技术领域：
：本发明涉及一种电池管理方法，且特别涉及一种通过电池充放电特性检控容量与功率的方法。
背景技术：
：现今的信息社会下，人类对电子产品的依赖性与日俱增。为符合携带方便、不占据空间等须求，各种便携式(portable)电子装置以及电动载具(electricvehicle)的发展趋势是朝向高速度、高效率、低耗能、且简易轻薄方向研发，例如笔记型计算机、移动电话(CellPhone)、个人数字助理(PersonalDigitalAssistant,PDA)以及平板型计算机(TabletPC)等便携式电子装置以及电动自行车、电动车等电动载具。目前便携式电子装置与电动载具皆以电池为其电力提供单元。从成本和环境影响角度出发，智慧型电池管理趋于必要性，以求产品有更长的运行时间、更长的寿命、以及能让最终消费者更放心使用设备的电池信息。一般而言，电池的放电程序面对不定的放电负载进行放电，并且根据一设定的截止电压(cut-offvoltage,V-CUtoff)终止放电程序。在电池的放电过程中，使用者或是电子装置可轻易地将电池已输出的电流进行积分以获得已经使用的输出电容量。不过，无法有效地估计剩余的输出电容量仍有多少，因为电池可用容量可能随着使用情况以及历程而有所改变。另外，在放电一段时间之后，电池的电压可能瞬间地大幅下降。因此，电压瞬间地大幅下降可能造成电池老化而不利于电池的使用寿命。另外，在电池充电时，目前常用的方式是在充电过程以恒流方式进行充电，在接近充饱时，再转而使用恒压充电。如要使用较高的充电电流，容易在其电压上会有快速变化，此时，可能会造成电池的损伤。因此，目前的电池充放电模式亦仍存在有须待改进的问题。
发明内容本发明提供一种通过电池充放电特性检控容量与功率的方法，避免电池因放电过程的剧烈变化而老化。同时，引导出在电池放电时有助于准确地评估判断电池的可用容量、剩余容量与功率的方法。本发明提供一种通过电池充放电特性检控容量与功率的方法，避免电池因充电过程的剧烈变化而老化。同时，引导出在电池充电时有助于准确地评估判断电池的可用容量、剩余容量与功率的方法。本发明提出一种检控电池充放电模式以判断电池输出电容量与功率的方法。对于在电池放电方面，测量一电池的开路电压与输出电容量的关系，以获得一第一特征曲线。并且，测量电池在一额定最大放电电流速率下的电压-输出电容量的关系，以获得一第二特征曲线。在第一特征曲线与第二特征曲线上分别选取一第一特征点与一第二特征点，其中第一特征点所对应的电压值高于第二特征点所对应的电压值。此外，建立一特征边界线，特征边界线通过第一特征点与第二特征点，其中第一特征曲线、第二特征曲线与特征边界线定义出一操作范围为电池放电操作边界线(Batterydischargeboundaryline)。随之，令电池放电时，落在此操作范围内。也就是说，电池可依据一放电特征曲线在至少一种放电电流速率下放电，其中放电特征曲线落在操作范围内。本发明还提供一种通过电池充放电特性，以检控容量与功率的方法。测量一电池的开路电压与输出电容量的关系，以获得一第一特征曲线。测量电池在一额定最大充电电流速率下的电压-输出电容量的关系，以获得一第二特征曲线；于第一特征曲线与第二特征曲线上分别选取一第一特征点与一第二特征点，其中第一特征点所对应的电压值低于第二特征点所对应的电压值。建立一特征边界线，其中特征边界线通过第一特征点与第二特征点，且第一特征曲线、第二特征曲线与特征边界线定义出一操作范围为电池充电操作边界线(Batterychargeboundaryline)。随之，令电池依据一充电特征曲线在至少一种充电电流速率下充电，其中充电特征曲线落在操作范围内。在本发明的一实施例中，上述的特征边界线实质上为通过第一特征点与第二特征点的一直线或一曲线。在本发明的一实施例中，上述的第一特征点所对应的输出电容量值与通过电流积分方式所获得的输出电容量值的差为电池的剩余容量。在本发明的一实施例中，上述的第二特征点所对应的输出电容量值与通过电流积分方式所获得的输出电容量值的差为电池在额定最大放电电流速率下的可用容量。在本发明的一实施例中，上述的第一特征点的选取方法包括令电池在开路条件下，计算取样点的内阻0)相较于电池处于一参考残电量时的内阻(Rrn)之间的差异量ΔR，以及当Rn>Rm且ΔR/Rm超过一阈值时则判定当时电压与输出电容量的位置为第一特征点，其中阈值介于0.1至5。在本发明的一实施例中，上述的第二特征点的选取方式包括令电池在额定最大放(充)电电流速率下，计算取样点的内阻(Rn)相较于电池在一参考残电量时的内阻(Rm)之间的差异量AR，以及当In>Rm时且AR/Rm超过一阈值时则判定为第二特征点，其中阈值介于0.1至5。在本发明的一实施例中，上述的第一截止点的选取方法包括电池在开路条件下，计算取样点的电压变异(Δν)与输出电容量变异(AAh)的比值(Δν/ΔΑΟη相较电池在一参考残电量时电压变异(Δν)与输出电容量变异(AAh)的比值(Δν/ΔΑΟπι，两比值的比大于一阈值(Y)时的点作为第一特征点，且阈值(Y)介于1.1至5。在本发明的一实施例中，上述的第二特征点的选取方法包括电池在额定最大放(充)电电流速率下，计算取样点的电压变异(Δν)与输出电容量变异(AAh)的比值(ΔV/AAh)η相较电池在一参考残电量时电压变异(AV)与输出电容量变异(AAh)的比值(AVMAh)m，两比值的比大于一阈值⑴时的点作为第二特征点，且阈值⑴介于1.1至5，亦即，本发明的一实施例中，(AV/AAh)n相较于参考值(AV/AAh)m增加10%至400%。在本发明的一实施例中，上述的参考残电量例如为0%至100%残电量。在本发明的一实施例中，上述的放(充)电特征曲线与部分第二特征曲线重叠。在本发明的一实施例中，上述的建立特征边界线的方法还包括以下步骤。测量电池在至少一种放(充)电电流速率下的电压-输出电容量的关系，以获得至少一第三特征曲线，其中第三特征曲线放(充)电电流速率小于额定最大放(充)电电流速率。接着，在上述第三特征曲线上选取一第三特征点，且令特征边界线通过第三特征点。在本发明的一实施例中，第三特征点的选取方法包括令电池在至少一种放(充)电电流速率下，计算取样点的内阻(Rn)相较于电池在一参考残电量时的内阻(Rm)之间的差异量AR以及当In>Rm且ΔR/Rm超过一阈值时则判定为第三特征点，其中阈值介于0.1至5。或是，第三特征点定义为电池在至少一种放(充)电电流速率下，计算取样点的电压变异(Δν)与输出电容量变异(AAh)的比值(Δν/ΔΑΟη相较电池在一参考残电量时电压变异(Δν)与输出电容量变异(AAh)的比值(Δν/ΔΑΟπι，两比值的比大于一阈值(Y)时的点作为第三特征点，且阈值(Y)介于1.1至5。在本发明的一实施例中，上述的参考残电量为0%至100%残电量，或是50%残电量。在本发明的一实施例中，上述的建立特征边界线的方法还包括在不同操作温度下建立不同的特征边界线，以根据实际的操作温度选择其中一个特征边界线以定义操作范围。在本发明的一实施例中，在特征边界线上，电池的放(充)电电流⑴与输出电容量(Q)符合线性函数Q=a(T)I+b(T)，其中a(T)以及b(T)为温度的函式。如果以线性表示方法可知，a(T)=rT+s，其中r，s参数为数值常数，T为电池温度，当然a(T)可为二次或多次方程式。相似地，b(T)=pT+q，其中p，q参数为数值常数，T为电池温度，当然b(T)可为二次或多次方程式。另外，决定电池放(充)电模式的方法还包括测量电池在操作截止时的测量输出电容量；判断测量输出电容量值与线性函数所计算出来的计算输出电容量值是否相同；以及在测量输出电容量值与计算输出电容量值不同时，将测量输出电容量值与计算输出电容量值的比值视为更新因子t，并将a(T)以及b(T)分别更新为a(T)Xt以及MT)Xt0再者，本发明又提出一种通过电池充放电特性，以检控容量与功率的方法。测量一电池的开路电压与输出电容量的关系，以获得一第一特征曲线。测量电池在一额定最大放电电流速率下的电压-输出电容量的关系，以获得一第二特征曲线；于第一特征曲线与第二特征曲线上分别选取一第一特征点与一第二特征点，其中第一特征点所对应的电压值高于第二特征点所对应的电压值。建立一特征边界线，其中特征边界线通过第一特征点与第二特征点，且第一特征曲线、第二特征曲线与特征边界线定义出一操作范围为电池充电操作边界线(Batterydischargeboundaryline)。随之，令电池依据一放电特征曲线在至少一种放电电流速率下充电，其中放电特征曲线落在操作范围内。计算第一特征点所对应的输出电容量值与通过电流积分方式所获得的输出电容量值的差以获得电池的剩余容量。计算第二特征点所对应的输出电容量值与通过电流积分方式所获得的输出电容量值的差以获得电池在额定最大放电电流速率下的可用容量。在本发明的一实施例中，上述的电池在一取样点上的最大放电功率(Pmax)为权利要求1.一种通过电池充放电特性检控容量与功率的方法，包括测量一电池的开路电压与输出电容量的关系，以获得一第一特征曲线；测量该电池在一额定最大放电电流速率下的电压-输出电容量的关系，以获得一第二特征曲线；在该第一特征曲线与该第二特征曲线上分别选取一第一特征点与一第二特征点，其中该第一特征点所对应的电压值高于该第二特征点所对应的电压值；建立一特征边界线，该特征边界线通过该第一特征点与该第二特征点，其中该第一特征曲线、该第二特征曲线与该特征边界线为该电池放电操作边界线定义出一操作范围；以及令该电池依据一放电特征曲线在至少一种放电电流速率下放电，其中该放电特征曲线落在该操作范围内。2.如权利要求1所述的通过电池充放电特性检控容量与功率的方法，其中该特征边界线实质上为通过该第一特征点与该第二特征点的一直线或一曲线。3.如权利要求1所述的通过电池充放电特性检控容量与功率的方法，其中该第一特征点所对应的输出电容量值与通过电流积分方式所获得的输出电容量值的差为该电池的剩余容量。4.如权利要求1所述的通过电池充放电特性检控容量与功率的方法，其中该第二特征点所对应的输出电容量值与通过电流积分方式所获得的输出电容量值的差为该电池在该额定最大放电电流速率下的可用容量。5.如权利要求1所述的通过电池充放电特性检控容量与功率的方法，其中该第一特征点的选取方法包括该电池在开路条件下，计算取样点的内阻0)相较于该电池处于一参考残电量时的内阻(Rrn)之间的差异量AR;以及当1>Rm且ΔR/Rm超过一阈值时则判定当时电压与输出电容量的位置为该第一特征点，其中该阈值介于0.1至5。6.如权利要求1所述的通过电池充放电特性检控容量与功率的方法，其中该第二特征点的选取方法包括该电池在该额定最大放电电流速率下，计算取样点之内阻0)相较于该电池在一参考残电量时的内阻(Rrn)之间的差异量AR;以及当1>Rm且ΔR/Rm超过一阈值时则判定为该第二特征点，其中该阈值介于0.1至5。7.如权利要求1所述的通过电池充放电特性检控容量与功率的方法，其中该第一特征点的选取方法包括该电池在开路条件下，计算取样点的电压变异(Δν)与输出电容量变异(AAh)的比值(△V/AAh)η相较该电池在一参考残电量时电压变异(AV)与输出电容量变异(AAh)的比值(AVMAh)m，两者比值大于一阈值⑴时的点作为该第一特征点，且该阈值⑴介于1.1至5。8.如权利要求1所述的通过电池充放电特性检控容量与功率的方法，其中该第二特征点的选取方法包括该电池在该额定最大放电电流速率下，计算取样点的电压变异(Δν)与输出电容量变异(AAh)的比值(Δν/ΔΑΟη相较该电池在一参考残电量时的电压变异(AV)与输出电容量变异(AAh)的比值(AVMAh)m，两者比值大于一阈值⑴时的点作为该第二特征点，且该阈值⑴介于1.1至5。9.如权利要求5至8项中任一所述的通过电池充放电特性检控容量与功率的方法，其中该参考残电量为0%至100%残电量。10.如权利要求1所述的通过电池充放电特性检控容量与功率的方法，其中该放电特征曲线与部分该特征边界线重叠。11.如权利要求1所述的通过电池充放电特性检控容量与功率的方法，其中建立该特征边界线的方式还包括测量该电池在该至少一种放电电流速率下的电压-输出电容量的关系，以获得至少一第三特征曲线，其中该第三特征曲线该放电电流速率小于该额定最大放电电流速率；以及在该第三特征曲线上选取一第三特征点，并且令该特征边界线通过该第三特征点。12.如权利要求11所述的通过电池充放电特性检控容量与功率的方法，其中该第三特征点的选取方法包括该电池在该至少一种放电电流速率下，计算取样点的内阻0)相较于该电池在一参考残电量时的内阻(Rm)之间的差异量AR;以及当foi>Rm且AR/Rm超过一阈值时则判定为该第三特征点，其中该阈值介于0.1至5。13.如权利要求11所述的通过电池充放电特性检控容量与功率的方法，其中该第三特征点的选取方法包括该电池在该至少一种放电电流速率下，计算取样点的电压变异(AV)与输出电容量变异(AAh)的比值(△V/AAh)η相较该电池在一参考残电量时电压变异(AV)与输出电容量变异(AAh)的比值(AV/AAh)m两者比值大于一阈值⑴时的点作为该第三特征点，且该阈值⑴介于1.1至5。14.如权利要求12或13所述的通过电池充放电特性检控容量与功率的方法，其中该参考残电量为0%至100%残电量。15.如权利要求1所述的通过电池充放电特性检控容量与功率的方法，其中建立该特征边界线的方法还包括在不同操作温度下建立不同的特征边界线，以根据实际的操作温度选择其中一个特征边界线以定义出该操作范围。16.如权利要求1所述的通过电池充放电特性检控容量与功率的方法，其中在该特征边界线上，该电池的放电电流(I)与输出电容量(Q)符合一线性函数Q=a(T)I+b(T)，其中a以及b随温度改变而变化。17.如权利要求16所述的通过电池充放电特性检控容量与功率的方法，还包括测量该电池在操作截止时的一测量输出电容量；判断该测量输出电容量值与该线性函数所计算出来的计算输出电容量值是否相同；在该测量输出电容量值与该计算输出电容量值不同时，将该测量输出电容量值与该计算输出电容量值的比值视为更新因子t，并将a(T)以及b(T)分别更新为a(T)Xt以及MT)Xt018.一种通过电池充放电特性检控容量与功率的方法，包括测量一电池的开路电压与电容量的关系，以获得一第一特征曲线；测量该电池在一额定最大充电电流速率下的电压-电容量的关系，以获得一第二特征曲线；在该第一特征曲线与该第二特征曲线上分别选取一第一特征点与一第二特征点，其中该第一特征点所对应的电压值低于该第二特征点所对应的电压值；建立一特征边界线，该特征边界线通过该第一特征点与该第二特征点，其中该第一特征曲线、该第二特征曲线与该特征边界线定义出一操作范围为该电池充电操作边界线；以及令该电池依据一充电特征曲线在至少一种充电电流速率下充电，其中该充电特征曲线落在该操作范围内。19.如权利要求18所述的通过电池充放电特性检控容量与功率的方法，其中该特征边界线实质上为通过该第一特征点与该第二特征点的一直线或一曲线。20.如权利要求18所述的通过电池充放电特性检控容量与功率的方法，其中该第一特征点所对应的电容量值与通过电流积分方式所获得的电容量值的差为该电池的剩余容量。21.如权利要求18所述的通过电池充放电特性检控容量与功率的方法，其中该第二特征点所对应的电容量值与通过电流积分方式所获得的电容量值的差为该电池在该额定最大充电电流速率下的可用容量。22.如权利要求18所述的通过电池充放电特性检控容量与功率的方法，其中该第一特征点的选取方法包括该电池在开路条件下，计算取样点的内阻0)相较于该电池处于一参考残电量时的内阻(Rm)之间的差异量AR;以及当foi>Rm且AR/Rm超过一阈值时则判定当时电压与电容量的位置为该第一特征点，其中该阈值介于0.1至5。23.如权利要求18所述的通过电池充放电特性检控容量与功率的方法，其中该第二特征点的选取方法包括该电池在该额定最大充电电流速率下，计算取样点的内阻0)相较于该电池在一参考残电量时的内阻(Rrn)之间的差异量AR;以及当1>Rm且ΔR/Rm超过一阈值时则判定为该第二特征点，其中该阈值介于0.1至5。24.如权利要求18所述的通过电池充放电特性检控容量与功率的方法，其中该第一特征点的选取方法包括该电池在开路条件下，计算取样点的电压变异(Δν)与电容量变异(AAh)的比值(ΔV/AAh)η相较该电池在一参考残电量时电压变异(AV)与电容量变异(AAh)的比值(AV/AAh)m，两者比值大于一阈值⑴时的点作为该第一特征点，且该阈值⑴介于1.1至5。25.如权利要求18所述的通过电池充放电特性检控容量与功率的方法，其中该第二特征点的选取方法包括该电池在该额定最大充电电流速率下，计算取样点的电压变异(Δν)与电容量变异(AAh)的比值(Δν/ΔΑΟη相较该电池在一参考残电量时的电压变异(AV)与电容量变异(AAh)的比值(AV/AAh)m两者比值大于一阈值⑴时的点作为该第二特征点，且该阈值(Y)介于1.1至5。26.如权利要求22至25中任一所述的通过电池充放电特性检控容量与功率的方法，其中该参考残电量为0%至100%残电量。27.如权利要求18所述的通过电池充放电特性检控容量与功率的方法，其中该充电特征曲线与部分该特征边界线重叠。28.如权利要求18所述的通过电池充放电特性检控容量与功率的方法，其中建立该特征边界线的方式还包括测量该电池在该至少一种放电电流速率下的电压-电容量的关系，以获得至少一第三特征曲线，其中该第三特征曲线充电电流速率小于该额定最大充电电流速率；以及在该第三特征曲线上选取一第三特征点，且令该特征边接线通过该第三特征点。29.如权利要求18所述的通过电池充放电特性检控容量与功率的方法，其中该第三特征点的选取方法包括该电池在该至少一种充电电流速率下，计算取样点的内阻0)相较于该电池在一参考残电量时的内阻(Rm)之间的差异量AR;以及当foi>Rm且AR/Rm超过一阈值时则判定为该第三特征点，其中该阈值介于0.1至5。30.如权利要求18所述的通过电池充放电特性检控容量与功率的方法，其中该第三特征点的选取方法包括该电池在该至少一种充电电流速率下，计算取样点的电压变异(AV)与电容量变异(AAh)的比值(△V/AAh)η相较该电池在一参考残电量时电压变异(AV)与电容量变异(AAh)的比值(AVMAh)m，两者比值大于一阈值⑴时的点作为该第三特征点，且该阈值(Y)介于1.1至5。31.如权利要求四或30所述的通过电池充放电特性检控容量与功率的方法，其中该参考残电量为0%至100%残电量。32.如权利要求18所述的通过电池充放电特性检控容量与功率的方法，其中建立该特征边界线的方法还包括在不同操作温度下建立不同的特征边界线，以根据实际的操作温度选择其中一个特征边界线以定义出该操作范围。33.如权利要求18所述的通过电池充放电特性检控容量与功率的方法，其中在该特征边界线上，该电池的充电电流(I)与电容量(Q)符合一线性函数Q=a(T)I+b(T)，其中a以及b随温度改变而变化。34.如权利要求33所述的通过电池充放电特性检控容量与功率的方法，还包括测量该电池在操作截止时的一测量电容量；判断该测量电容量值与该线性函数所计算出来的计算电容量值是否相同；以及在该测量电容量值与该计算电容量值不同时，将该测量电容量值与该计算电容量值的比值视为更新因子t，并将a(T)以及b(T)分别更新为a(T)Xt以及b(T)Xt。35.一种通过电池充放电特性检控容量与功率的方法，包括测量一电池的开路电压与输出电容量的关系，以获得一第一特征曲线；测量该电池在一额定最大放电电流速率下的电压-输出电容量的关系，以获得一第二特征曲线；在该第一特征曲线与该第二特征曲线上分别选取一第一特征点与一第二特征点，其中该第一特征点所对应的电压值高于该第二特征点所对应的电压值；建立一特征边界线，该特征边界线通过该第一特征点与该第二特征点，其中该第一特征曲线、该第二特征曲线与该特征边界线定义出一操作范围；令该电池依据一放电特征曲线在至少一种放电电流速率下放电，其中该放电特征曲线落在该操作范围内；计算该第一特征点所对应的输出电容量值与通过电流积分方式所获得的输出电容量值的差以获得该电池的剩余容量；以及计算该第二特征点所对应的输出电容量值与通过电流积分方式所获得的输出电容量值的差以获得该电池在该额定最大放电电流速率下的可用容量。36.如权利要求35所述的通过电池充放电特性检控容量与功率的方法，其中该电池在一取样点上的最大放电功率(Pmax)为37.一种通过电池充放电特性检控容量与功率的方法，包括测量一电池的开路电压与电容量的关系，以获得一第一特征曲线；测量该电池在一额定最大充电电流速率下的电压-电容量的关系，以获得一第二特征曲线；在该第一特征曲线与该第二特征曲线上分别选取一第一特征点与一第二特征点，其中该第一特征点所对应的电压值低于该第二特征点所对应的电压值；建立一特征边界线，该特征边界线通过该第一特征点与该第二特征点，其中该第一特征曲线、该第二特征曲线与该特征边界线定义出一操作范围；令该电池依据一充电特征曲线在至少一种充电电流速率下充电，其中该充电特征曲线落在该操作范围内；计算该第一截止点所对应的电容量值与通过电流积分方式所获得的电容量值的差以获得该电池的剩余容量；以及计算该第二截止点所对应的电容量值与通过电流积分方式所获得的电容量值的差以获得该电池在该额定最大充电电流速率下的可用容量。38.如权利要求37所述的通过电池充放电特性检控容量与功率的方法，其中该电池在一取样点上的最大充电功率(Pmax)为全文摘要一种通过电池充放电特性检控容量与功率的方法。就放电而言，测量一电池的开路电压与输出电容量的关系，以获得一第一特征曲线。测量电池在一额定最大放电电流速率下的电压-输出电容量的关系，以获得一第二特征曲线。建立通过于第一特征曲线与第二特征曲线上分别选取的一第一特征点与一第二特征点的一特征边界线。第一特征点所对应的电压值高于第二特征点所对应的电压值。第一特征曲线、第二特征曲线与特征边界线定义出一操作范围。令电池放电落在操作范围内。依据上述放电的控制逻辑也可套用到充电模式。文档编号G01R31/36GK102478637SQ201010602250公开日2012年5月30日申请日期2010年12月23日优先权日2010年11月25日发明者凌守弘,孙建中,赖秋助申请人:财团法人工业技术研究院
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