專利名稱：電池老化評估方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種電池老化估測方法，且特別是有關(guān)于一種利用在充電過程中定電流轉(zhuǎn)定電壓操作的相關(guān)參數(shù)來估測電池老化的方法。
背景技術(shù)：
電池在使用時會隨著環(huán)境變化、充放電的循環(huán)次數(shù)等因素而逐步產(chǎn)生裂化。因此，在電池的劣化過程中，通常會使用不同的計量工具去量測電池的這些老化參數(shù)，以決定電池是否仍適合系統(tǒng)使用。針對電池老化參數(shù)的量測，目前已有一些公知技術(shù)相繼被提，例如:美國專利第2011/133744號、美國專利第6，832，171號、美國專利第6，433，513號以及日本專利特開2007-178333號公報。其中，美國專利第2011/133744號是利用一干擾源來偵測電池內(nèi)阻，并由此判別電池的老化程度。然而，上述方法必須設置額外的元件來產(chǎn)生干擾源，進而增加系統(tǒng)的硬件成本。再者，美國專利第6，832，171號是通過紀錄電池的阻抗曲線，來偵測電池剩余的可用容量與其容量老化信息。此外，美國專利第6，433，513號是利用電池在充電時其電壓區(qū)間所對應的電量值，來判斷電池的老化程度并預測其使用壽命。然而，上述方法都必需建立龐大的表格來記錄或是計算老化程度，且必須持續(xù)地更新所記錄的數(shù)值，進而增加系統(tǒng)的復雜度。在日本專利特開2007-178333號公報中，其是在電池從定電流充電要轉(zhuǎn)換成定電壓充電時，先將電池靜止放置一段時間并量測電池的電壓變化率，以由此偵測電池的老化程度(deterioration index)。然而,上述方法必須中斷電池的充電行為,才能進行電池老化的量測。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種電池老化估測方法，利用常用的定電流轉(zhuǎn)定電壓的充電方式(簡稱CC-CV充電方法)，并在充電過程中監(jiān)測電池的電壓、電流、電量、溫度等參數(shù)，取得充電由定電流轉(zhuǎn)換定電壓模式的狀態(tài)轉(zhuǎn)換點(以下簡稱轉(zhuǎn)換點)信息，例如:轉(zhuǎn)換點電壓、轉(zhuǎn)換點電流、轉(zhuǎn)換點電池溫度、轉(zhuǎn)換點估測開路電壓等信息，估測電池老化程度。其中轉(zhuǎn)換點估測開路電壓為一估測值，其估測方式是以電池轉(zhuǎn)換點電量帶入元件特性表查表取得。計算轉(zhuǎn)換點電壓與轉(zhuǎn)換點估測開路電壓的間的差值，或在定電壓模式下經(jīng)過特定時間的電流下降幅度來估測電池的老化程度。由此，將可在沒有設定干擾源或是中斷電池充電行為的情況下，來估測電池的老化程度。本發(fā)明提出一種電池老化估測方法，并包括下列步驟。提供定電流/定電壓混和充電程序?qū)﹄姵剡M行充電，其中當電池的端電壓未達充電預設電壓前，以定電流模式對電池進行充電，當電池的端電壓達充電預設電壓時，以定電壓模式對電池進行充電。以及，利用定電流/定電壓混和充電程序中由定電流模式轉(zhuǎn)換至定電壓模式的轉(zhuǎn)換點電壓、轉(zhuǎn)換點估測開路電壓、轉(zhuǎn)換點電流、轉(zhuǎn)換點電池溫度，計算電池的老化指標。在本發(fā)明的一實施例中，上述的電池老化估測方法，更包括計算轉(zhuǎn)換點估測開路電壓。在本發(fā)明的一實施例中，上述的計算轉(zhuǎn)換點估測開路電壓的步驟包括:在執(zhí)行定電流/定電壓混和充電程序之前，依據(jù)電池的靜置開路電壓查詢一元件特性表，以取得一剩余電量；在定電流/定電壓混和充電程序開始后，累積電池在定電流模式下所獲得的充電電量；將剩余電量與累積充電電量相加，以取得轉(zhuǎn)換點電量；以及，根據(jù)轉(zhuǎn)換點電量再次查詢元件特性表，以取得轉(zhuǎn)換點估測開路電壓。在本發(fā)明的一實施例中，上述的計算轉(zhuǎn)換點估測開路電壓的步驟包括:在定電流/定電壓混和充電程序開始后，累積電池在定電壓模式下所獲得的充電電量；在完成定電流/定電壓混和充電程序后，靜置電池以取得電池的靜置開路電壓，并利用靜置開路電壓查詢元件特性表，以取得電池在完成充電后的查表電量；將查表電量減去充電電量，以取得轉(zhuǎn)換點電量；以及，根據(jù)轉(zhuǎn)換點電量再次查詢元件特性表，以取得轉(zhuǎn)換點估測開路電壓。在本發(fā)明的一實施例中，上述的利用轉(zhuǎn)換點電壓、轉(zhuǎn)換點估測開路電壓、轉(zhuǎn)換點電流與轉(zhuǎn)換點電池溫度，計算老化指標的步驟包括:將轉(zhuǎn)換點電壓減去轉(zhuǎn)換點估測開路電壓，以取得實際電壓差；依據(jù)轉(zhuǎn)換點電流與轉(zhuǎn)換點電池溫度查詢初始壓差對照表，以取得預設電壓差；以及，將實際電壓除以預設電壓差，以取得老化指標。本發(fā)明提出一種電池老化估測方法，包括下列步驟:提供一定電流/定電壓混和充電程序?qū)﹄姵剡M行充電，其中當電池的端電壓未達充電預設電壓前，以定電流模式對電池進行充電，當電池的端電壓達充電預設電壓時，以定電壓模式對電池進行充電；當定電流/定電壓混和充電程序由定電流模式轉(zhuǎn)換至定電壓模式時，紀錄轉(zhuǎn)換點電流與轉(zhuǎn)換點電池溫度；以及，當電池在定電壓模式下充電達預設時間后，偵測電池的暫態(tài)電流，并利用轉(zhuǎn)換點電流、轉(zhuǎn)換點電池溫度以及暫態(tài)電流計算電池的老化指標。在本發(fā)明的一實施例中，上述的利用轉(zhuǎn)換點電流、轉(zhuǎn)換點電池溫度以及暫態(tài)電流，計算老化指標的步驟包括:將暫態(tài)電流除以轉(zhuǎn)換點電流，以取得暫態(tài)指標；依據(jù)轉(zhuǎn)換點電流與轉(zhuǎn)換點電池溫度查詢初始電流比例對照表，以取得一預設電流比例參數(shù)；以及，將預設電流比例參數(shù)除以暫態(tài)指標，以取得老化指標?；谏鲜?，本發(fā)明是利用轉(zhuǎn)換點電壓對轉(zhuǎn)換點估測開路電壓的電壓差，或是利用由定電流轉(zhuǎn)定電壓后的暫態(tài)電流，來估測電池的老化程度。由此，本發(fā)明將可在一般CC-CV的充電方式下，達到估測電池的老化程度，因此有助于降低系統(tǒng)的硬件成本以及系統(tǒng)的復雜度。為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合附圖作詳細說明如下。


圖1為依據(jù)本發(fā)明的一實施例的電池老化估測方法的流程圖。圖2A為依據(jù)本發(fā)明的一實施例的電池的特性曲線圖。圖2B為依據(jù)本發(fā)明的另一實施的取得轉(zhuǎn)換點估測開路電壓的流程圖。圖3為依據(jù)本發(fā)明的一實施例的計算老化指標的細部流程圖。
圖4為依據(jù)本發(fā)明的另一實施例的電池老化估測方法的流程圖。圖5為依據(jù)本發(fā)明的一實施例的電池充電的曲線圖。附圖標記說明SllO S170、S141、S142、S172 S173:用以說明圖1實施例的各步驟流程210、220:曲線T21、T51:第一階段T22、T52:第二階段OCVl、0CV3:靜置開路電壓Ql:充電前以靜置開路電壓OCVl查表取得的剩余電量0CV2:轉(zhuǎn)換點估測開路電壓Q2:轉(zhuǎn)換點電量AQ21:以電量積分取得定電流模式下的充電電量Λ Q22:以電量積分取得定電壓模式下的充電電量Vch:轉(zhuǎn)換點電壓Q3:以靜置開路電壓0CV3查表取得的查表電量AV:實際電壓差S210 S240:用以說明圖2實施例的各步驟流程S310 S330:用以說明圖3實施例的各步驟流程S410 S460、S441 S443、S461 S463:用以說明圖4實施例的各步驟流程Ich:轉(zhuǎn)換點電流ΔΤ:預設時間Im:暫態(tài)電流
具體實施例方式在電池的充電過程中，定電流轉(zhuǎn)定電壓的時間點，是充電環(huán)境中相對穩(wěn)定的操作點。因此，本發(fā)明主要是利用在充電過程中定電流轉(zhuǎn)定電壓過程中的相關(guān)參數(shù)來評價電池的劣化。由此，本發(fā)明將無須額外設置任何電路，也無須中斷電池的充電行為，即可估測電池的劣化。以下將列舉說明本發(fā)明的電池老化估測方法，但其并非用以限定本發(fā)明，本領域具有通常知識者可依照本發(fā)明的精神對下述實施例稍作修飾，惟其仍屬于本發(fā)明的范圍。圖1為依據(jù)本發(fā)明的一實施例的電池老化估測方法的流程圖。參照圖1，首先，如步驟SllO所示,將依據(jù)一電池的一靜置開路電壓(steady open circuit voltage,簡稱steady OCV)查詢一元件特性表，以取得一剩余電量。元件特性表系指電池開路電壓對應電池容量的特性表，其中電池容量可為電池充電容量、放電容量或是剩余容量，并且容量的單位可為瓦時(Wh)，安培時(Ah)或百分比)的方式呈現(xiàn)。舉例來說，圖2A為依據(jù)本發(fā)明的一實施例的電池的特性曲線圖，其中曲線210為實際電池靜置開路電壓曲線(actual battery OCV curve)并用以表示電池的開路電壓對殘留電量的相對關(guān)系，而曲線220為電池充電電壓曲線(battery charging voltagecurve)并用以表示在充電過程中電池的端電壓與殘留電量的相對關(guān)系。在此，曲線210所表示的開路電壓與殘留電量的相對關(guān)系，皆記錄在元件特性表中。由此，在對電池進行充電之前，參照曲線210(亦即元件特性表)，將可依據(jù)電池的靜置開路電壓OCVl取得電池在充電之前的剩余電量Ql。此外，如步驟S120所示，將提供一定電流對電池進行充電，并在電池的端電壓到達一充電預設電壓時，提供定電壓對電池進行充電，同時在轉(zhuǎn)換點時紀錄電池溫度，以取得轉(zhuǎn)換點電池溫度。換言之，本實施例是利用混合定電流/定電壓的充電法，亦即定電流/定電壓混和充電程序，來對電池進行充電。舉例來說，如圖2A所示，在第一階段T21，定電流/定電壓混和充電程序會先切換至一定電流模式，以利用定電流對電池進行充電。此時，如曲線220所示，電池的端電壓會在第一階段T21內(nèi)逐漸地上升。此外，當電池的端電壓上升至充電預設電壓(例如:轉(zhuǎn)換點電壓Vch)時，將切換至第二階段T22。在第二階段T22，定電流/定電壓混和充電程序?qū)⑶袚Q至一定電壓模式，并利用轉(zhuǎn)換點電壓Vch對電池進行充電。因此，如曲線220所示，電池的端電壓在第二階段T22內(nèi)會維持在轉(zhuǎn)換點電壓Vch。再者，如步驟S130所示，在電池充電的過程中，將累計電池在以定電流進行充電下所獲得的充電電量，亦即電池在定電流模式下所獲得的充電電量。舉例來說，如圖2A所示，在第一階段T21內(nèi)，將逐步累計實際進入到電池的電量，以取得充電電量AQ21。此外，于步驟S140，將利用剩余電量與充電電量查詢元件特性表，以取得一轉(zhuǎn)換點估測開路電壓0CV2。舉例來說，如圖2A所示，通過剩余電量Ql與充電電量AQ21的相加，將可計算出一轉(zhuǎn)換點電量Q2。此外，參照曲線210 (亦即元件特性表)，將可依據(jù)轉(zhuǎn)換點電量Q2取得相應的轉(zhuǎn)換點估測開路電壓0CV2。換言之，步驟S140的細部流程包括:首先，于步驟S141，將剩余電量與定電流階段的充電電量進行相加，以取得一轉(zhuǎn)換點電量；以及，于步驟S142，依據(jù)轉(zhuǎn)換點電量查詢元件特性表，以取得轉(zhuǎn)換點估測開路電壓。換言之，本實施例是在執(zhí)行定電流/定電壓混和充電程序(步驟S120)之前，先透過步驟SI 10取得電池在充電之前的剩余電量Ql，并在定電流/定電壓混和充電程序(步驟S120)開始后，透過步驟S130累計電池充電時所獲得的充電電量AQ21。由此，將可利用剩余電量Ql與充電電量AQ21計算出轉(zhuǎn)換點電量Q2，進而再通過查表取得轉(zhuǎn)換點估測開路電壓0CV2。亦即，本實施例是透過在定電流/定電壓混和充電程序(步驟S120)之前的步驟SllO以及在定電流/定電壓混和充電程序(步驟S120)開始后的步驟S130與S140來計算轉(zhuǎn)換點估測開路電壓0CV2。然而，在實際應用上，計算出轉(zhuǎn)換點電量Q2的方式有很多種。換言之，本發(fā)明用以計算轉(zhuǎn)換點估測開路電壓0CV2的方式也將不受限于上述的實施型態(tài)。舉例來說，圖2B為依據(jù)本發(fā)明的另一實施的計算轉(zhuǎn)換點估測開路電壓的流程圖。請同時參照圖2A與圖2B。在定電流/定電壓混和充電程序(步驟S120)開始后，如步驟S210所示，累積電池在定電壓模式下所獲得的充電電量AQ22。此外，在完成定電流/定電壓混和充電程序后，如步驟S220所示，將電池靜置一段時間，以取得電池的靜置開路電壓0CV3，并利用電池的靜置開路電壓0CV3查詢元件特性表，以取得一查表電量Q3，其中Q3 = Q2+AQ22。接著，如步驟S230所示，將查表電量Q3減去充電電量AQ22，以取得轉(zhuǎn)換點電量Q2。由此，如步驟S240所示，將可根據(jù)轉(zhuǎn)換點電量Q2再次查詢元件特性表，以取得轉(zhuǎn)換點估測開路電壓0CV2。換言之，當電池充電前無法通過靜置開路電壓查表取得剩余電量Ql時，可直接進行充電，且充電程序完成的總電量相等于查表電量Q3。若充電完成后有足夠的靜置時間取得電池的靜置開路電壓0CV3，則可利用靜置開路電壓0CV3查表進而取得查表電量Q3。之后，再通過查表電量Q3扣除電池在定電壓充電模式所獲得的充電電量AQ22(AQ22 =Q3-Q2)，同樣可取得轉(zhuǎn)換點電量Q2，并可進一步利用轉(zhuǎn)換點電量Q2查表取得轉(zhuǎn)換點估測開路電壓0CV2。值得一提的是，轉(zhuǎn)換點電壓Vch與轉(zhuǎn)換點估測開路電壓0CV2之間將存在著一實際電壓差AV，且實際電壓差AV的大小將攸關(guān)于電池內(nèi)阻，也隱含電池在充電時所損失的能量。其中，實際電壓差越高則表示電池充電的性能越差，同時也代表電池劣化的程度較高。因此，本實施例主要是利用實際電壓差Λ V來計算老化指標，并加入轉(zhuǎn)換點電流與轉(zhuǎn)換點電池溫度對電池老化的影響。舉例來說，于步驟S150，將利用轉(zhuǎn)換點電壓、轉(zhuǎn)換點估測開路電壓、轉(zhuǎn)換點電流與轉(zhuǎn)換點電池溫度，計算老化指標。此外，圖3為依據(jù)本發(fā)明的一實施例的計算老化指標的細部流程圖，以下請同時參照圖2Α與圖3來看步驟S150的細部流程。在計算老化指 標的過程中，如步驟S310所示，將充電預設電壓(例如:轉(zhuǎn)換點電壓Vch)減去轉(zhuǎn)換點估測開路電壓0CV2，以取得實際電壓差Λ V。此外，于步驟S320，將轉(zhuǎn)換點電池溫度與轉(zhuǎn)換點電流代入一初始壓差對照表，以取得一預設電壓差。由此，如步驟S330所示，將利用實際電壓差AV除以預設電壓差，以取得老化指標。舉例來說，表I為本發(fā)明的一實施例的初始壓差對照表。倘若電池目前的轉(zhuǎn)換點電池溫度為200C且轉(zhuǎn)換點電流為
1.5安培，則可參表I所記錄的數(shù)據(jù)，以內(nèi)插法取得一預設電壓差{0.02}。此外，倘若實際電壓差AV為0.03，則電池的老化指標為1.5。表I初始壓差對照表
權(quán)利要求
1.一種電池老化估測方法，其特征在于，包括: 提供一定電流/定電壓混和充電程序?qū)υ撾姵剡M行充電，其中當該電池的端電壓未達一充電預設電壓前，以一定電流模式對該電池進行充電，當該電池的端電壓達該充電預設電壓時，以一定電壓模式對該電池進行充電；以及 利用該定電流/定電壓混和充電程序中由該定電流模式轉(zhuǎn)換至該定電壓模式的一轉(zhuǎn)換點電壓、一轉(zhuǎn)換點估測開路電壓、一轉(zhuǎn)換點電流、一轉(zhuǎn)換點電池溫度，計算該電池的一老化指標。
2.如權(quán)利要求1所述的電池老化估測方法，其特征在于，更包括: 計算該轉(zhuǎn)換點估測開路電壓。
3.如權(quán)利要求2所述的電池老化估測方法，其特征在于，計算該轉(zhuǎn)換點估測開路電壓的步驟包括: 在執(zhí)行該定電流/定電壓混和充電程序之前，依據(jù)該電池的一靜置開路電壓查詢一元件特性表，以取得一剩余電量； 在該定電流/定電壓混和充電程序開始后，累積該電池在該定電流模式下所獲得的一充電電量； 將該剩余電量與該累積充電電量相加，以取得一轉(zhuǎn)換點電量；以及 根據(jù)該轉(zhuǎn)換點電量再次查詢該元件特性表，以取得該轉(zhuǎn)換點估測開路電壓。
4.如權(quán)利要求2所述的電池老化估測方法，其特征在于，計算該轉(zhuǎn)換點估測開路電壓的步驟包括: 在該定電流/定電壓混和充電程序開始后，累積該電池在該定電壓模式下所獲得的一充電電量； 在完成該定電流/定電壓混和充電程序后，靜置該電池以取得該電池的一靜置開路電壓，并利用該靜置開路電壓查詢一元件特性表，以取得該電池在完成充電后的一查表電量; 將該查表電量減去該充電電量，以取得該轉(zhuǎn)換點電量；以及 根據(jù)該轉(zhuǎn)換點電量再次查詢該元件特性表，以取得該轉(zhuǎn)換點估測開路電壓。
5.如權(quán)利要求1所述的電池老化估測方法，其特征在于，利用該轉(zhuǎn)換點電壓、該轉(zhuǎn)換點估測開路電壓、該轉(zhuǎn)換點電流與該轉(zhuǎn)換點電池溫度，計算該老化指標的步驟包括: 將該轉(zhuǎn)換點電壓減去該轉(zhuǎn)換點估測開路電壓，以取得一實際電壓差； 依據(jù)該轉(zhuǎn)換點電流與該轉(zhuǎn)換點電池溫度查詢一初始壓差對照表，以取得一預設電壓差；以及 將該實際電壓差除以該預設電壓差，以取得該老化指標。
6.如權(quán)利要求1所述的電池老化估測方法，其特征在于，更包括: 顯示該老化指標，決定是否觸發(fā)一異常指示信號。
7.如權(quán)利要求6所述的電池老化估測方法，其特征在于，決定是否觸發(fā)該異常指示信號的步驟包括: 依據(jù)該轉(zhuǎn)換點電流與該轉(zhuǎn)換點電池溫度查詢一電壓老化預設值對照表，以取得一老化預設值； 判別該老化指標是否大于該老化預設值；當該老化指標大于該老化預設值時，觸發(fā)該異常指示信號；以及 當該老化指標不大于該老化預設值時，停止觸發(fā)該異常指示信號。
8.如權(quán)利要求1所述的電池老化估測方法，其特征在于，該元件特性表是用以紀錄該電池的開路電壓對電池電量的對應關(guān)系。
9.一種電池老化估測方法，其特征在于，包括: 提供一定電流/定電壓混和充電程序?qū)υ撾姵剡M行充電，其中當該電池的端電壓未達一充電預設電壓前，以一定電流模式對該電池進行充電，當該電池的端電壓達該充電預設電壓時，以一定電壓模式對該電池進行充電； 當該定電流/定電壓混和充電程序由該定電流模式轉(zhuǎn)換至該定電壓模式時，紀錄一轉(zhuǎn)換點電流與一轉(zhuǎn)換點電池溫度；以及 當該電池在該定電壓模式下充電達一預設時間后，偵測該電池的一暫態(tài)電流，并利用該轉(zhuǎn)換點電流、該轉(zhuǎn)換點電池溫度以及該暫態(tài)電流計算該電池的一老化指標。
10.如權(quán)利要求9所述的電池老化估測方法，其特征在于，利用該轉(zhuǎn)換點電流、該轉(zhuǎn)換點電池溫度、該暫態(tài)電流，計算該老化指標的步驟包括: 將該暫態(tài)電流除以該轉(zhuǎn)換點電流，以取得一暫態(tài)指標； 依據(jù)該轉(zhuǎn)換點電流與該轉(zhuǎn)換點電池溫度查詢一初始電流比例對照表，以取得一預設電流比例參數(shù)；以及 將該預設電流比例參數(shù)除以該暫態(tài)指標，以取得該老化指標。
11.如權(quán)利要求9所述的電池老化估測方法，其特征在于，更包括: 顯示該老化指標，并決定是否觸發(fā)一異常指示信號。
12.如權(quán)利要求11所述的電池老化估測方法，其特征在于，決定是否觸發(fā)該異常指示信號的步驟包括: 依據(jù)該定電流與該電池溫度查詢一電流老化預設值對照表，以取得一老化預設值； 判別該老化指標是否大于該老化預設值； 當該老化指標大于該老化預設值時，觸發(fā)該異常指示信號；以及 當該老化指標不大于該老化預設值時，停止觸發(fā)該異常指示信號。
全文摘要
一種電池老化估測方法，并包括下列步驟。依據(jù)電池的靜置開路電壓查詢元件特性表，以取得剩余電量。此外，提供固定電流(以下簡稱定電流)對電池進行充電，并在電池的端電壓到達一充電預設電壓時，提供一固定電壓(以下簡稱定電壓)對電池進行充電。利用充電過程量測的電壓、電流、溫度、電量等信息，分析固定電流模式轉(zhuǎn)換成固定電壓模式的轉(zhuǎn)換點信息，包含轉(zhuǎn)換點估測開路電壓、轉(zhuǎn)換點電壓、轉(zhuǎn)換點電流與轉(zhuǎn)換點電池溫度等參數(shù)，計算電池老化指標。
文檔編號G01R31/36GK103176135SQ201110461179
公開日2013年6月26日 申請日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月26日
發(fā)明者周崇仁, 孫建中, 劉秋昱, 許盈晧, 杜衍輝, 凌守弘 申請人:財團法人工業(yè)技術(shù)研究院