基于老化調(diào)適電池運(yùn)作區(qū)間的電池調(diào)控方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明主要提供一種有關(guān)基于老化調(diào)適電池運(yùn)作區(qū)間(Ageing-adaptiveOperat1n Window, AOff)的電池調(diào)控(battery control)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電池的放電特性會(huì)隨著長期的使用而產(chǎn)生變化，一般稱為電池的老化現(xiàn)象；電池的老化現(xiàn)象包含了容量的衰退與效率的降低。傳統(tǒng)的電池檢測方式必須將電池完整充放電，以測得實(shí)際電容量。一般來說，檢測所花費(fèi)時(shí)間將長達(dá)I(IC)?10(0.1C)小時(shí)。對于使用者而言，返廠檢修電池需要較長時(shí)間，將無法被接受。因此，為了增進(jìn)對于電池使用健康狀態(tài)的辨別，將電池使用于正常安全的操作參數(shù)下，進(jìn)而延長使用壽命及增加安全性，業(yè)界與學(xué)界分別提出各種電池老化研究的技術(shù)。
[0003]常見的電池老化研究技術(shù)通常是利用分析工具針對電池描述并界定所遭遇的問題，再對電池的電特性進(jìn)行預(yù)測，最后再找出因應(yīng)電池老化的解決方案。其中，常見的描述工具包括如:剩余容量(Remaining capacity (decay))、阻抗(Impedance (lk Hz ;DC_IR))、等效電路模型(Equivalent Circuit Model，ECM)、電化學(xué)阻抗譜(ElectrochemicalImpedance Spectrum,EIS)等；常用的預(yù)測工具如壽命模型(Lifetime model)、剩余有用壽命(Remaining Usable Life，RUL)。由于在預(yù)測電池老化時(shí)的電特性的工具往往需要大量的數(shù)據(jù)運(yùn)算，例如上述的壽命模型與剩余有用壽命，因此缺乏效率。
[0004]有一技術(shù)利用SOC量測數(shù)據(jù)、溫度、以及其它參數(shù)，配合智能型算法，從而推估電池目前的老化狀態(tài)。有一技術(shù)揭示一種電池狀態(tài)及參數(shù)(例如加壓阻抗、電壓、電流、溫度等)評估方法及系統(tǒng)，來估計(jì)電池的充電狀態(tài)及健康狀態(tài)。有一技術(shù)公開一種用于確定電池組健康狀態(tài)的系統(tǒng)和方法，是將電池組充電至最大充電電位后，確認(rèn)電池組的開路電壓，從而確定電池組的健康狀態(tài)。
[0005]在上述及現(xiàn)行的電池老化研究技術(shù)中，在實(shí)施上仍存在著面臨檢測的缺點(diǎn)。舉例來說，現(xiàn)行的電化學(xué)阻抗譜(EIS)檢測在實(shí)施上面臨檢測的缺點(diǎn)，其主要原因包括如(I)檢測時(shí)間長:量測電池各個(gè)容量狀態(tài)下的EIS需耗費(fèi)較的充放電準(zhǔn)備時(shí)間；(2)檢測的再現(xiàn)性不佳:因量測接線需重新連接，因接觸阻抗造成的量測準(zhǔn)確性將打折扣。因此，如何設(shè)計(jì)出能讓電池操作在合適應(yīng)力較小的環(huán)境的電池老化研究技術(shù)，是值得研究與發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供一種有關(guān)基于老化調(diào)適電池運(yùn)作區(qū)間的電池調(diào)控方法，此電池調(diào)控方法可包含:執(zhí)行一種多維電化學(xué)阻抗譜檢測方法，以獲得一奈奎斯特相對于一充電狀態(tài)的三維關(guān)系圖；利用一等效電路模型分析該奈奎斯特相對于該充電狀態(tài)的該三維關(guān)系圖，以獲得至少一主要老化因子(major ageing factor);定義一電池運(yùn)作區(qū)間的一壓力指標(biāo)關(guān)系式，再根據(jù)該壓力指標(biāo)關(guān)系式定義該電池運(yùn)作區(qū)間的多個(gè)調(diào)控參考點(diǎn)；以及根據(jù)該多個(gè)調(diào)控參考點(diǎn)，執(zhí)行一電池放電調(diào)控。
[0007]此基于老化調(diào)適電池運(yùn)作區(qū)間的電池調(diào)控方法并非利用實(shí)驗(yàn)試誤法，而是基于電池電化學(xué)組抗理論，在定義電池的較佳操作區(qū)間可節(jié)省時(shí)間與成本。本方法可脫機(jī)使用、周期性的對電池組作測試，或是隱含在電池管理系統(tǒng)(Battery Management System,BMS)里，進(jìn)而計(jì)算提供電池的操作區(qū)間參數(shù)，延長電池使用壽命。本方法不需額外增加硬件，可用于如現(xiàn)有手持、行動(dòng)裝置、電動(dòng)車系統(tǒng)、智能電網(wǎng)電池二次利用篩選技術(shù)等。
【附圖說明】
[0008]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，說明一種基于老化調(diào)適電池運(yùn)作區(qū)間的電池調(diào)控方法。
[0009]圖2是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，說明使用多維電化學(xué)阻抗譜檢測時(shí)所用的測試載波為10kHz?ImHz的一示意圖。
[0010]圖3是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，說明多維電化學(xué)阻抗譜之實(shí)部阻抗與V-Ah圖的特征。
[0011]圖4是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，說明一等效電路模型的一示意圖。
[0012]圖5是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，說明遵循第四圖之等效電路模型轉(zhuǎn)換的運(yùn)作流程。
[0013]圖6所示為利用等效電路模型以及第五圖中的步驟決定質(zhì)傳系數(shù)Wd之示意圖。
[0014]圖7是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，說明應(yīng)力因子隨隨著SoC變化的趨勢的一示意圖。
[0015]圖8是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，說明隨電池老化而調(diào)整調(diào)控區(qū)間的定義方式。
[0016]圖9是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，說明調(diào)控效益的一示意圖。
[0017]附圖標(biāo)記說明
[0018]110 執(zhí)行一種多維電化學(xué)阻抗譜檢測方法，以獲得一奈奎斯特相對于一充電狀態(tài)的三維關(guān)系圖
[0019]120 以一等效電路模型分析該奈奎斯特相對于充電狀態(tài)的三維關(guān)系圖，以獲得至少一主要老化因子
[0020]130 定義一電池運(yùn)作區(qū)間的一壓力指標(biāo)關(guān)系式，再根據(jù)該壓力指標(biāo)關(guān)系式定義該電池運(yùn)作區(qū)間的多個(gè)調(diào)控參考點(diǎn)
[0021]140 根據(jù)該多個(gè)調(diào)控參考點(diǎn)，執(zhí)行電池放電調(diào)控
[0022]201?209曲線，其中每一條曲線代表先將電池充電至飽電狀態(tài)，在放電過程中進(jìn)行EIS檢測所獲得的結(jié)果
[0023]301 曲線，代表電池從飽電狀態(tài)下定電流放電到低電量時(shí)的電壓變化特征
[0024]Rct電荷移轉(zhuǎn)的阻抗
[0025]Cdl 電池正、負(fù)極板間的電容效應(yīng)
[0026]Rsei 固體電解質(zhì)界面的阻抗
[0027]Csei 固體電解質(zhì)界面的電容
[0028]Rw應(yīng)力因子系數(shù)
[0029]Wd質(zhì)傳系數(shù)
[0030]SI?S8應(yīng)力指標(biāo)值
[0031]510 在電化學(xué)阻抗譜(EIS)檢測出的奈奎斯特圖中，先區(qū)別出總阻抗Rall (=電荷移轉(zhuǎn)的阻抗Rrt+串聯(lián)阻抗R1+固體電解質(zhì)界面的阻抗RsJ，與電感效應(yīng)L和R。效應(yīng)分離
[0032]520 從總阻抗Rall中，解析分離出串聯(lián)阻抗R !
[0033]530 串聯(lián)阻抗Rl從總阻抗Rall解析分離出后，通過(電荷移轉(zhuǎn)的阻抗Rct+固體電解質(zhì)接口的阻抗R.)，決定應(yīng)力因子系數(shù)Rw
[0034]540 解析與決定質(zhì)傳系數(shù)Wd
[0035]Rall 總阻抗
[0036]701,702曲線，代表新電池的Rw與^隨電池放電容量增加時(shí)的變化
[0037]703、704曲線，代表新電池經(jīng)過100次充放電循環(huán)后的的變化
[0038]705,706曲線，是采用現(xiàn)有技術(shù)的直流阻抗(DC-1R)檢測所得
[0039]801 曲線，代表新電池的應(yīng)力指標(biāo)值
[0040]802 曲線，代表舊電池的應(yīng)力指標(biāo)值
【具體實(shí)施方式】
[0041]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0042]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，說明一種基于老化調(diào)適電池運(yùn)作區(qū)間的電池調(diào)控方法。請參考圖1，本電池調(diào)控方法執(zhí)行一種多維電化學(xué)阻抗譜(Mult1-Dimens1nalElectrochemical Impedance Spectrum，MD-EIS)檢測方法，以獲得一奈奎斯特相對于一充電狀態(tài)(Nyquist vs.State-of-Charge (SoC))的三維關(guān)系圖(步驟110);然后以一等效電路模型(Equivalent Circuit Model，ECM)分析該奈奎斯特相對于該充電狀態(tài)的該三維關(guān)系圖，以獲得至少一主要老化因子(步驟120);并且定