基于老化调适电池运作区间的电池调控方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明主要提供一种有关基于老化调适电池运作区间(Ageing-adaptiveOperat1n Window, AOff)的电池调控(battery control)方法。
【背景技术】
[0002]电池的放电特性会随着长期的使用而产生变化，一般称为电池的老化现象；电池的老化现象包含了容量的衰退与效率的降低。传统的电池检测方式必须将电池完整充放电，以测得实际电容量。一般来说，检测所花费时间将长达I(IC)?10(0.1C)小时。对于使用者而言，返厂检修电池需要较长时间，将无法被接受。因此，为了增进对于电池使用健康状态的辨别，将电池使用于正常安全的操作参数下，进而延长使用寿命及增加安全性，业界与学界分别提出各种电池老化研究的技术。
[0003]常见的电池老化研究技术通常是利用分析工具针对电池描述并界定所遭遇的问题，再对电池的电特性进行预测，最后再找出因应电池老化的解决方案。其中，常见的描述工具包括如:剩余容量(Remaining capacity (decay))、阻抗(Impedance (lk Hz ;DC_IR))、等效电路模型(Equivalent Circuit Model，ECM)、电化学阻抗谱(ElectrochemicalImpedance Spectrum,EIS)等；常用的预测工具如寿命模型(Lifetime model)、剩余有用寿命(Remaining Usable Life，RUL)。由于在预测电池老化时的电特性的工具往往需要大量的数据运算，例如上述的寿命模型与剩余有用寿命，因此缺乏效率。
[0004]有一技术利用SOC量测数据、温度、以及其它参数，配合智能型算法，从而推估电池目前的老化状态。有一技术揭示一种电池状态及参数(例如加压阻抗、电压、电流、温度等)评估方法及系统，来估计电池的充电状态及健康状态。有一技术公开一种用于确定电池组健康状态的系统和方法，是将电池组充电至最大充电电位后，确认电池组的开路电压，从而确定电池组的健康状态。
[0005]在上述及现行的电池老化研究技术中，在实施上仍存在着面临检测的缺点。举例来说，现行的电化学阻抗谱(EIS)检测在实施上面临检测的缺点，其主要原因包括如(I)检测时间长:量测电池各个容量状态下的EIS需耗费较的充放电准备时间；(2)检测的再现性不佳:因量测接线需重新连接，因接触阻抗造成的量测准确性将打折扣。因此，如何设计出能让电池操作在合适应力较小的环境的电池老化研究技术，是值得研究与发展。
【发明内容】
[0006]本发明提供一种有关基于老化调适电池运作区间的电池调控方法，此电池调控方法可包含:执行一种多维电化学阻抗谱检测方法，以获得一奈奎斯特相对于一充电状态的三维关系图；利用一等效电路模型分析该奈奎斯特相对于该充电状态的该三维关系图，以获得至少一主要老化因子(major ageing factor);定义一电池运作区间的一压力指标关系式，再根据该压力指标关系式定义该电池运作区间的多个调控参考点；以及根据该多个调控参考点，执行一电池放电调控。
[0007]此基于老化调适电池运作区间的电池调控方法并非利用实验试误法，而是基于电池电化学组抗理论，在定义电池的较佳操作区间可节省时间与成本。本方法可脱机使用、周期性的对电池组作测试，或是隐含在电池管理系统(Battery Management System,BMS)里，进而计算提供电池的操作区间参数，延长电池使用寿命。本方法不需额外增加硬件，可用于如现有手持、行动装置、电动车系统、智能电网电池二次利用筛选技术等。
【附图说明】
[0008]图1是根据本发明的一实施例，说明一种基于老化调适电池运作区间的电池调控方法。
[0009]图2是根据本发明的一实施例，说明使用多维电化学阻抗谱检测时所用的测试载波为10kHz?ImHz的一示意图。
[0010]图3是根据本发明的一实施例，说明多维电化学阻抗谱之实部阻抗与V-Ah图的特征。
[0011]图4是根据本发明的一实施例，说明一等效电路模型的一示意图。
[0012]图5是根据本发明的一实施例，说明遵循第四图之等效电路模型转换的运作流程。
[0013]图6所示为利用等效电路模型以及第五图中的步骤决定质传系数Wd之示意图。
[0014]图7是根据本发明的一实施例，说明应力因子随随着SoC变化的趋势的一示意图。
[0015]图8是根据本发明的一实施例，说明随电池老化而调整调控区间的定义方式。
[0016]图9是根据本发明的一实施例，说明调控效益的一示意图。
[0017]附图标记说明
[0018]110 执行一种多维电化学阻抗谱检测方法，以获得一奈奎斯特相对于一充电状态的三维关系图
[0019]120 以一等效电路模型分析该奈奎斯特相对于充电状态的三维关系图，以获得至少一主要老化因子
[0020]130 定义一电池运作区间的一压力指标关系式，再根据该压力指标关系式定义该电池运作区间的多个调控参考点
[0021]140 根据该多个调控参考点，执行电池放电调控
[0022]201?209曲线，其中每一条曲线代表先将电池充电至饱电状态，在放电过程中进行EIS检测所获得的结果
[0023]301 曲线，代表电池从饱电状态下定电流放电到低电量时的电压变化特征
[0024]Rct电荷移转的阻抗
[0025]Cdl 电池正、负极板间的电容效应
[0026]Rsei 固体电解质界面的阻抗
[0027]Csei 固体电解质界面的电容
[0028]Rw应力因子系数
[0029]Wd质传系数
[0030]SI?S8应力指标值
[0031]510 在电化学阻抗谱(EIS)检测出的奈奎斯特图中，先区别出总阻抗Rall (=电荷移转的阻抗Rrt+串联阻抗R1+固体电解质界面的阻抗RsJ，与电感效应L和R。效应分离
[0032]520 从总阻抗Rall中，解析分离出串联阻抗R !
[0033]530 串联阻抗Rl从总阻抗Rall解析分离出后，通过(电荷移转的阻抗Rct+固体电解质接口的阻抗R.)，决定应力因子系数Rw
[0034]540 解析与决定质传系数Wd
[0035]Rall 总阻抗
[0036]701,702曲线，代表新电池的Rw与^随电池放电容量增加时的变化
[0037]703、704曲线，代表新电池经过100次充放电循环后的的变化
[0038]705,706曲线，是采用现有技术的直流阻抗(DC-1R)检测所得
[0039]801 曲线，代表新电池的应力指标值
[0040]802 曲线，代表旧电池的应力指标值
【具体实施方式】
[0041]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
[0042]图1是根据本发明的一实施例，说明一种基于老化调适电池运作区间的电池调控方法。请参考图1，本电池调控方法执行一种多维电化学阻抗谱(Mult1-Dimens1nalElectrochemical Impedance Spectrum，MD-EIS)检测方法，以获得一奈奎斯特相对于一充电状态(Nyquist vs.State-of-Charge (SoC))的三维关系图(步骤110);然后以一等效电路模型(Equivalent Circuit Model，ECM)分析该奈奎斯特相对于该充电状态的该三维关系图，以获得至少一主要老化因子(步骤120);并且定