专利名称：电池老化评估方法
技术领域：
本发明是有关于一种电池老化估测方法，且特别是有关于一种利用在充电过程中定电流转定电压操作的相关参数来估测电池老化的方法。
背景技术：
电池在使用时会随着环境变化、充放电的循环次数等因素而逐步产生裂化。因此，在电池的劣化过程中，通常会使用不同的计量工具去量测电池的这些老化参数，以决定电池是否仍适合系统使用。针对电池老化参数的量测，目前已有一些公知技术相继被提，例如:美国专利第2011/133744号、美国专利第6，832，171号、美国专利第6，433，513号以及日本专利特开2007-178333号公报。其中，美国专利第2011/133744号是利用一干扰源来侦测电池内阻，并由此判别电池的老化程度。然而，上述方法必须设置额外的元件来产生干扰源，进而增加系统的硬件成本。再者，美国专利第6，832，171号是通过纪录电池的阻抗曲线，来侦测电池剩余的可用容量与其容量老化信息。此外，美国专利第6，433，513号是利用电池在充电时其电压区间所对应的电量值，来判断电池的老化程度并预测其使用寿命。然而，上述方法都必需建立庞大的表格来记录或是计算老化程度，且必须持续地更新所记录的数值，进而增加系统的复杂度。在日本专利特开2007-178333号公报中，其是在电池从定电流充电要转换成定电压充电时，先将电池静止放置一段时间并量测电池的电压变化率，以由此侦测电池的老化程度(deterioration index)。然而,上述方法必须中断电池的充电行为,才能进行电池老化的量测。
发明内容
本发明提供一种电池老化估测方法，利用常用的定电流转定电压的充电方式(简称CC-CV充电方法)，并在充电过程中监测电池的电压、电流、电量、温度等参数，取得充电由定电流转换定电压模式的状态转换点(以下简称转换点)信息，例如:转换点电压、转换点电流、转换点电池温度、转换点估测开路电压等信息，估测电池老化程度。其中转换点估测开路电压为一估测值，其估测方式是以电池转换点电量带入元件特性表查表取得。计算转换点电压与转换点估测开路电压的间的差值，或在定电压模式下经过特定时间的电流下降幅度来估测电池的老化程度。由此，将可在没有设定干扰源或是中断电池充电行为的情况下，来估测电池的老化程度。本发明提出一种电池老化估测方法，并包括下列步骤。提供定电流/定电压混和充电程序对电池进行充电，其中当电池的端电压未达充电预设电压前，以定电流模式对电池进行充电，当电池的端电压达充电预设电压时，以定电压模式对电池进行充电。以及，利用定电流/定电压混和充电程序中由定电流模式转换至定电压模式的转换点电压、转换点估测开路电压、转换点电流、转换点电池温度，计算电池的老化指标。在本发明的一实施例中，上述的电池老化估测方法，更包括计算转换点估测开路电压。在本发明的一实施例中，上述的计算转换点估测开路电压的步骤包括:在执行定电流/定电压混和充电程序之前，依据电池的静置开路电压查询一元件特性表，以取得一剩余电量；在定电流/定电压混和充电程序开始后，累积电池在定电流模式下所获得的充电电量；将剩余电量与累积充电电量相加，以取得转换点电量；以及，根据转换点电量再次查询元件特性表，以取得转换点估测开路电压。在本发明的一实施例中，上述的计算转换点估测开路电压的步骤包括:在定电流/定电压混和充电程序开始后，累积电池在定电压模式下所获得的充电电量；在完成定电流/定电压混和充电程序后，静置电池以取得电池的静置开路电压，并利用静置开路电压查询元件特性表，以取得电池在完成充电后的查表电量；将查表电量减去充电电量，以取得转换点电量；以及，根据转换点电量再次查询元件特性表，以取得转换点估测开路电压。在本发明的一实施例中，上述的利用转换点电压、转换点估测开路电压、转换点电流与转换点电池温度，计算老化指标的步骤包括:将转换点电压减去转换点估测开路电压，以取得实际电压差；依据转换点电流与转换点电池温度查询初始压差对照表，以取得预设电压差；以及，将实际电压除以预设电压差，以取得老化指标。本发明提出一种电池老化估测方法，包括下列步骤:提供一定电流/定电压混和充电程序对电池进行充电，其中当电池的端电压未达充电预设电压前，以定电流模式对电池进行充电，当电池的端电压达充电预设电压时，以定电压模式对电池进行充电；当定电流/定电压混和充电程序由定电流模式转换至定电压模式时，纪录转换点电流与转换点电池温度；以及，当电池在定电压模式下充电达预设时间后，侦测电池的暂态电流，并利用转换点电流、转换点电池温度以及暂态电流计算电池的老化指标。在本发明的一实施例中，上述的利用转换点电流、转换点电池温度以及暂态电流，计算老化指标的步骤包括:将暂态电流除以转换点电流，以取得暂态指标；依据转换点电流与转换点电池温度查询初始电流比例对照表，以取得一预设电流比例参数；以及，将预设电流比例参数除以暂态指标，以取得老化指标。基于上述，本发明是利用转换点电压对转换点估测开路电压的电压差，或是利用由定电流转定电压后的暂态电流，来估测电池的老化程度。由此，本发明将可在一般CC-CV的充电方式下，达到估测电池的老化程度，因此有助于降低系统的硬件成本以及系统的复杂度。为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
图1为依据本发明的一实施例的电池老化估测方法的流程图。图2A为依据本发明的一实施例的电池的特性曲线图。图2B为依据本发明的另一实施的取得转换点估测开路电压的流程图。图3为依据本发明的一实施例的计算老化指标的细部流程图。
图4为依据本发明的另一实施例的电池老化估测方法的流程图。图5为依据本发明的一实施例的电池充电的曲线图。附图标记说明SllO S170、S141、S142、S172 S173:用以说明图1实施例的各步骤流程210、220:曲线T21、T51:第一阶段T22、T52:第二阶段OCVl、0CV3:静置开路电压Ql:充电前以静置开路电压OCVl查表取得的剩余电量0CV2:转换点估测开路电压Q2:转换点电量AQ21:以电量积分取得定电流模式下的充电电量Λ Q22:以电量积分取得定电压模式下的充电电量Vch:转换点电压Q3:以静置开路电压0CV3查表取得的查表电量AV:实际电压差S210 S240:用以说明图2实施例的各步骤流程S310 S330:用以说明图3实施例的各步骤流程S410 S460、S441 S443、S461 S463:用以说明图4实施例的各步骤流程Ich:转换点电流ΔΤ:预设时间Im:暂态电流
具体实施例方式在电池的充电过程中，定电流转定电压的时间点，是充电环境中相对稳定的操作点。因此，本发明主要是利用在充电过程中定电流转定电压过程中的相关参数来评价电池的劣化。由此，本发明将无须额外设置任何电路，也无须中断电池的充电行为，即可估测电池的劣化。以下将列举说明本发明的电池老化估测方法，但其并非用以限定本发明，本领域具有通常知识者可依照本发明的精神对下述实施例稍作修饰，惟其仍属于本发明的范围。图1为依据本发明的一实施例的电池老化估测方法的流程图。参照图1，首先，如步骤SllO所示,将依据一电池的一静置开路电压(steady open circuit voltage,简称steady OCV)查询一元件特性表，以取得一剩余电量。元件特性表系指电池开路电压对应电池容量的特性表，其中电池容量可为电池充电容量、放电容量或是剩余容量，并且容量的单位可为瓦时(Wh)，安培时(Ah)或百分比)的方式呈现。举例来说，图2A为依据本发明的一实施例的电池的特性曲线图，其中曲线210为实际电池静置开路电压曲线(actual battery OCV curve)并用以表示电池的开路电压对残留电量的相对关系，而曲线220为电池充电电压曲线(battery charging voltagecurve)并用以表示在充电过程中电池的端电压与残留电量的相对关系。在此，曲线210所表示的开路电压与残留电量的相对关系，皆记录在元件特性表中。由此，在对电池进行充电之前，参照曲线210(亦即元件特性表)，将可依据电池的静置开路电压OCVl取得电池在充电之前的剩余电量Ql。此外，如步骤S120所示，将提供一定电流对电池进行充电，并在电池的端电压到达一充电预设电压时，提供定电压对电池进行充电，同时在转换点时纪录电池温度，以取得转换点电池温度。换言之，本实施例是利用混合定电流/定电压的充电法，亦即定电流/定电压混和充电程序，来对电池进行充电。举例来说，如图2A所示，在第一阶段T21，定电流/定电压混和充电程序会先切换至一定电流模式，以利用定电流对电池进行充电。此时，如曲线220所示，电池的端电压会在第一阶段T21内逐渐地上升。此外，当电池的端电压上升至充电预设电压(例如:转换点电压Vch)时，将切换至第二阶段T22。在第二阶段T22，定电流/定电压混和充电程序将切换至一定电压模式，并利用转换点电压Vch对电池进行充电。因此，如曲线220所示，电池的端电压在第二阶段T22内会维持在转换点电压Vch。再者，如步骤S130所示，在电池充电的过程中，将累计电池在以定电流进行充电下所获得的充电电量，亦即电池在定电流模式下所获得的充电电量。举例来说，如图2A所示，在第一阶段T21内，将逐步累计实际进入到电池的电量，以取得充电电量AQ21。此外，于步骤S140，将利用剩余电量与充电电量查询元件特性表，以取得一转换点估测开路电压0CV2。举例来说，如图2A所示，通过剩余电量Ql与充电电量AQ21的相加，将可计算出一转换点电量Q2。此外，参照曲线210 (亦即元件特性表)，将可依据转换点电量Q2取得相应的转换点估测开路电压0CV2。换言之，步骤S140的细部流程包括:首先，于步骤S141，将剩余电量与定电流阶段的充电电量进行相加，以取得一转换点电量；以及，于步骤S142，依据转换点电量查询元件特性表，以取得转换点估测开路电压。换言之，本实施例是在执行定电流/定电压混和充电程序(步骤S120)之前，先透过步骤SI 10取得电池在充电之前的剩余电量Ql，并在定电流/定电压混和充电程序(步骤S120)开始后，透过步骤S130累计电池充电时所获得的充电电量AQ21。由此，将可利用剩余电量Ql与充电电量AQ21计算出转换点电量Q2，进而再通过查表取得转换点估测开路电压0CV2。亦即，本实施例是透过在定电流/定电压混和充电程序(步骤S120)之前的步骤SllO以及在定电流/定电压混和充电程序(步骤S120)开始后的步骤S130与S140来计算转换点估测开路电压0CV2。然而，在实际应用上，计算出转换点电量Q2的方式有很多种。换言之，本发明用以计算转换点估测开路电压0CV2的方式也将不受限于上述的实施型态。举例来说，图2B为依据本发明的另一实施的计算转换点估测开路电压的流程图。请同时参照图2A与图2B。在定电流/定电压混和充电程序(步骤S120)开始后，如步骤S210所示，累积电池在定电压模式下所获得的充电电量AQ22。此外，在完成定电流/定电压混和充电程序后，如步骤S220所示，将电池静置一段时间，以取得电池的静置开路电压0CV3，并利用电池的静置开路电压0CV3查询元件特性表，以取得一查表电量Q3，其中Q3 = Q2+AQ22。接着，如步骤S230所示，将查表电量Q3减去充电电量AQ22，以取得转换点电量Q2。由此，如步骤S240所示，将可根据转换点电量Q2再次查询元件特性表，以取得转换点估测开路电压0CV2。换言之，当电池充电前无法通过静置开路电压查表取得剩余电量Ql时，可直接进行充电，且充电程序完成的总电量相等于查表电量Q3。若充电完成后有足够的静置时间取得电池的静置开路电压0CV3，则可利用静置开路电压0CV3查表进而取得查表电量Q3。之后，再通过查表电量Q3扣除电池在定电压充电模式所获得的充电电量AQ22(AQ22 =Q3-Q2)，同样可取得转换点电量Q2，并可进一步利用转换点电量Q2查表取得转换点估测开路电压0CV2。值得一提的是，转换点电压Vch与转换点估测开路电压0CV2之间将存在着一实际电压差AV，且实际电压差AV的大小将攸关于电池内阻，也隐含电池在充电时所损失的能量。其中，实际电压差越高则表示电池充电的性能越差，同时也代表电池劣化的程度较高。因此，本实施例主要是利用实际电压差Λ V来计算老化指标，并加入转换点电流与转换点电池温度对电池老化的影响。举例来说，于步骤S150，将利用转换点电压、转换点估测开路电压、转换点电流与转换点电池温度，计算老化指标。此外，图3为依据本发明的一实施例的计算老化指标的细部流程图，以下请同时参照图2Α与图3来看步骤S150的细部流程。在计算老化指 标的过程中，如步骤S310所示，将充电预设电压(例如:转换点电压Vch)减去转换点估测开路电压0CV2，以取得实际电压差Λ V。此外，于步骤S320，将转换点电池温度与转换点电流代入一初始压差对照表，以取得一预设电压差。由此，如步骤S330所示，将利用实际电压差AV除以预设电压差，以取得老化指标。举例来说，表I为本发明的一实施例的初始压差对照表。倘若电池目前的转换点电池温度为200C且转换点电流为
1.5安培，则可参表I所记录的数据，以内插法取得一预设电压差{0.02}。此外，倘若实际电压差AV为0.03，则电池的老化指标为1.5。表I初始压差对照表
权利要求
1.一种电池老化估测方法，其特征在于，包括: 提供一定电流/定电压混和充电程序对该电池进行充电，其中当该电池的端电压未达一充电预设电压前，以一定电流模式对该电池进行充电，当该电池的端电压达该充电预设电压时，以一定电压模式对该电池进行充电；以及 利用该定电流/定电压混和充电程序中由该定电流模式转换至该定电压模式的一转换点电压、一转换点估测开路电压、一转换点电流、一转换点电池温度，计算该电池的一老化指标。
2.如权利要求1所述的电池老化估测方法，其特征在于，更包括: 计算该转换点估测开路电压。
3.如权利要求2所述的电池老化估测方法，其特征在于，计算该转换点估测开路电压的步骤包括: 在执行该定电流/定电压混和充电程序之前，依据该电池的一静置开路电压查询一元件特性表，以取得一剩余电量； 在该定电流/定电压混和充电程序开始后，累积该电池在该定电流模式下所获得的一充电电量； 将该剩余电量与该累积充电电量相加，以取得一转换点电量；以及 根据该转换点电量再次查询该元件特性表，以取得该转换点估测开路电压。
4.如权利要求2所述的电池老化估测方法，其特征在于，计算该转换点估测开路电压的步骤包括: 在该定电流/定电压混和充电程序开始后，累积该电池在该定电压模式下所获得的一充电电量； 在完成该定电流/定电压混和充电程序后，静置该电池以取得该电池的一静置开路电压，并利用该静置开路电压查询一元件特性表，以取得该电池在完成充电后的一查表电量; 将该查表电量减去该充电电量，以取得该转换点电量；以及 根据该转换点电量再次查询该元件特性表，以取得该转换点估测开路电压。
5.如权利要求1所述的电池老化估测方法，其特征在于，利用该转换点电压、该转换点估测开路电压、该转换点电流与该转换点电池温度，计算该老化指标的步骤包括: 将该转换点电压减去该转换点估测开路电压，以取得一实际电压差； 依据该转换点电流与该转换点电池温度查询一初始压差对照表，以取得一预设电压差；以及 将该实际电压差除以该预设电压差，以取得该老化指标。
6.如权利要求1所述的电池老化估测方法，其特征在于，更包括: 显示该老化指标，决定是否触发一异常指示信号。
7.如权利要求6所述的电池老化估测方法，其特征在于，决定是否触发该异常指示信号的步骤包括: 依据该转换点电流与该转换点电池温度查询一电压老化预设值对照表，以取得一老化预设值； 判别该老化指标是否大于该老化预设值；当该老化指标大于该老化预设值时，触发该异常指示信号；以及 当该老化指标不大于该老化预设值时，停止触发该异常指示信号。
8.如权利要求1所述的电池老化估测方法，其特征在于，该元件特性表是用以纪录该电池的开路电压对电池电量的对应关系。
9.一种电池老化估测方法，其特征在于，包括: 提供一定电流/定电压混和充电程序对该电池进行充电，其中当该电池的端电压未达一充电预设电压前，以一定电流模式对该电池进行充电，当该电池的端电压达该充电预设电压时，以一定电压模式对该电池进行充电； 当该定电流/定电压混和充电程序由该定电流模式转换至该定电压模式时，纪录一转换点电流与一转换点电池温度；以及 当该电池在该定电压模式下充电达一预设时间后，侦测该电池的一暂态电流，并利用该转换点电流、该转换点电池温度以及该暂态电流计算该电池的一老化指标。
10.如权利要求9所述的电池老化估测方法，其特征在于，利用该转换点电流、该转换点电池温度、该暂态电流，计算该老化指标的步骤包括: 将该暂态电流除以该转换点电流，以取得一暂态指标； 依据该转换点电流与该转换点电池温度查询一初始电流比例对照表，以取得一预设电流比例参数；以及 将该预设电流比例参数除以该暂态指标，以取得该老化指标。
11.如权利要求9所述的电池老化估测方法，其特征在于，更包括: 显示该老化指标，并决定是否触发一异常指示信号。
12.如权利要求11所述的电池老化估测方法，其特征在于，决定是否触发该异常指示信号的步骤包括: 依据该定电流与该电池温度查询一电流老化预设值对照表，以取得一老化预设值； 判别该老化指标是否大于该老化预设值； 当该老化指标大于该老化预设值时，触发该异常指示信号；以及 当该老化指标不大于该老化预设值时，停止触发该异常指示信号。
全文摘要
一种电池老化估测方法，并包括下列步骤。依据电池的静置开路电压查询元件特性表，以取得剩余电量。此外，提供固定电流(以下简称定电流)对电池进行充电，并在电池的端电压到达一充电预设电压时，提供一固定电压(以下简称定电压)对电池进行充电。利用充电过程量测的电压、电流、温度、电量等信息，分析固定电流模式转换成固定电压模式的转换点信息，包含转换点估测开路电压、转换点电压、转换点电流与转换点电池温度等参数，计算电池老化指标。
文档编号G01R31/36GK103176135SQ201110461179
公开日2013年6月26日 申请日期2011年12月29日 优先权日2011年12月26日
发明者周崇仁, 孙建中, 刘秋昱, 许盈晧, 杜衍辉, 凌守弘 申请人:财团法人工业技术研究院