本发明涉及一种估测装置及方法，特别是涉及一种电池健康状态估测装置及方法。
背景技术：
近年来，随着环保及节能意识的抬头，装设有可充电电池模组的电动车的相关技术蓬勃发展，因此，如何检测电动车内的可充电电池模组的健康状态便为一个研发重点。目前现有电池健康状态估测装置对于可充电电池模组的健康状态的估测方式大致可分为全充放法及内阻法。
然而，全充放法需先将可充电电池模组的电量充饱，再使用特定电流对可充电电池模组进行放电，此方法需耗费大量时间放电才可估测出可充电电池模组的电荷状态及健康状态，且随意对可充电电池模组放电可能引发安全问题。内阻法需提供一个输入电压给可充电电池模组，并通过现有电池健康状态估测装置对该输入电压进行量测与计算，及利用现有电池健康状态估测装置中的一个特殊高频量测仪器(此仪器成本较高)量测可充电电池模组的内阻才可估测出可充电电池模组的健康状态，导致现有电池健康状态估测装置需要花费较高成本。此外，现有电池健康状态估测装置若使用全充放法或内阻法皆需将可充电电池模组拆卸后才能进行估测健康状态，对于使用者极为不便。
技术实现要素：
本发明的第一目的在于提供一种能够克服先前技术缺点的电池健康状态估测装置。
本发明的电池健康状态估测装置，适用于估测一个电池模组的一个健康状态，该电池健康状态估测装置包含一个控制模组、一个校正模组及一个估算处理单元。
该控制模组在该电池模组在充电中且该电池模组的一个充电状态达到一个预设目标值时，输出一个控制信号，以致该电池模组的一个电流改变到一个预设电流值并维持一段预设测试时间，造成该电池模组的一个电压在该段预设测试时间中下降。
该校正模组电连接该控制模组以接收该控制信号，当接收到该控制信号时，该校正模组得到该电池模组在该段预设测试时间中的一个温度，且根据该温度得到一个电压校正值。
该估算处理单元电连接该校正模组及该控制模组以分别接收该电压校正值及该控制信号，当接收到该控制信号时，该估算处理单元得到该电池模组在该段预设测试时间中的一个电压变化量及一个电流变化量，且根据该电压校正值校正该电压变化量因受该温度影响而产生的误差，以得到一个电压变化校正值，并根据该电压变化校正值、该电流变化量及该电池模组的一个额定完全充电容量来估算该电池模组的该健康状态。
本发明的电池健康状态估测装置，该校正模组根据以下方程式来得到该电压校正值：vc＝a×(t1-t0)2-b×(t1-t0)+c，vc代表该电压校正值，a、b、c各自代表一个预设常数，t1代表该温度，及t0代表一个预设温度。
本发明的电池健康状态估测装置，该校正模组根据以下方程式来得到该电压校正值：vc＝-d×(t1-t0)+e，vc代表该电压校正值，d、e各自代表一个预设常数，t1代表该温度，及t0代表一个预设温度。
本发明的电池健康状态估测装置，该电流变化量为该电池模组在该预设电流值及紧接改变前的该电流间的电流差异，该电压变化量为该电池模组在该预设测试时间的一个起点的电压及该预设测试时间的一个终点的电压间的电压差异。
本发明的电池健康状态估测装置，该估算处理单元包括：一个处理模组，电连接该校正模组及该控制模组以分别接收该电压校正值及该控制信号，当接收到该控制信号时，该处理模组得到该电压变化量及该电流变化量，且根据该电压校正值校正该电压变化量以得到该电压变化校正值，并根据该电压变化校正值得到该电池模组的一个电流比率；及一个估算模组，电连接该处理模组以接收该电流变化量及该电流比率，并根据该电流比率、该电流变化量及该额定完全充电容量估算该健康状态。
本发明的电池健康状态估测装置，该处理模组将该电压校正值及该电压变化量相加来得到该电压变化校正值，并根据一个描述该电流比率及该电压变化校正值间关系的预设电压映射函式将该电压变化校正值映射成该电流比率。
本发明的电池健康状态估测装置，该估算模组根据以下方程式来估算该健康状态：soh＝[(δi/cr)/ah_spec]×100％×k-1，soh代表该健康状态，δi代表该电流变化量，cr代表该电流比率，ah_spec代表该额定完全充电容量，及k-1代表一个预设偏移常数。
本发明的电池健康状态估测装置，还包含：一个感测模组，电连接该电池模组、该控制模组、该校正模组及该估算处理单元，并定期地感测该电池模组的一个电压、一个电流、一个充电状态及一个温度，以产生一个指示该电池模组的该电压、该电流、该充电状态及该温度的感测信号，该感测模组将该感测信号输出至该控制模组、该校正模组及该估算处理单元，该校正模组根据该感测信号得到该电池模组在该段预设测试时间中的该温度，且该估算处理单元根据该感测信号得到该电池模组在该段预设测试时间中的该电压变化量及该电流变化量。
本发明的第二目的在于提供一种能够克服先前技术缺点的电池健康状态估测方法。
本发明的电池健康状态估测方法，适用于估测一个电池模组的一个健康状态，且由一个电池健康状态估测装置所执行，该电池健康状态估测方法包含以下步骤：
(a)利用该电池健康状态估测装置根据一个指示该电池模组的一个温度、一个电流、一个电压及一个充电状态的感测信号，判断该电池模组的该充电状态是否达到一个预设目标值；
(b)当步骤(a)的判断结果为是，利用该电池健康状态估测装置输出一个控制信号，以致该电池模组的该电流改变到一个预设电流值并维持一段预设测试时间，造成该电压在该段预设测试时间中下降；
(c)利用该电池健康状态估测装置根据该感测信号得到该电池模组在该段预设测试时间中的一个电压变化量及一个电流变化量；
(d)利用该电池健康状态估测装置根据该感测信号所指示的该电池模组在该段预设测试时间中的温度得到一个电压校正值；及
(e)利用该电池健康状态估测装置根据该电压校正值校正该电压变化量因受该温度影响而产生的误差，以得到一个电压变化校正值，并根据该电压变化校正值、该电流变化量及该电池模组的一个额定完全充电容量来估算该电池模组的该健康状态。
本发明的电池健康状态估测方法，在步骤(d)中，该电池健康状态估测装置根据以下方程式来得到该电压校正值：vc＝a×(t1-t0)2-b×(t1-t0)+c，vc代表该电压校正值，a、b、c各自代表一个预设常数，t1代表该温度，及t0代表一个预设温度。
本发明的电池健康状态估测方法，在步骤(d)中，该电池健康状态估测装置根据以下方程式来得到该电压校正值：vc＝-d×(t1-t0)+e，vc代表该电压校正值，d、e各自代表一个预设常数，t1代表该温度，及t0代表一个预设温度。
本发明的电池健康状态估测方法，步骤(e)包括以下子步骤：(e1)利用该电池健康状态估测装置将该电压校正值及该电压变化量相加来得到该电压变化校正值，并根据一个预设电压映射函式将该电压变化校正值映射成一个电流比率；及(e2)利用该电池健康状态估测装置根据该电流比率、该电流变化量及该额定完全充电容量估算该健康状态。
本发明的电池健康状态估测方法，在子步骤(e2)中，该电池健康状态估测装置根据以下方程式来估算该健康状态：soh＝[(δi/cr)/ah_spec]×100％×k-1，soh代表该健康状态，δi代表该电流变化量，cr代表该电流比率，ah_spec代表该额定完全充电容量，及k-1代表一个预设偏移常数。
本发明的有益的效果在于：通过该控制模组在该电池模组在充电时启动该电池模组的电流的改变，且不需耗费大量时间对该电池模组进行放电，可防止随意对该电池模组放电可能引发的安全问题，且通过利用该校正模组校正该电压变化量因受不同温度影响而产生的误差后，可使该估算处理单元所估测到的该健康状态的准确度有效提升。
附图说明
图1是一个方块图，说明本发明电池健康状态估测装置的实施例与一个电池模组一起使用；
图2是一个时序图，说明该电池模组的电压与电流；
图3与图4是一个流程图，说明该实施例的该电池健康状态估测装置执行一种电池健康状态估测方法以估测该电池模组的一个健康状态；
图5是一个量测图，说明该实施例有执行该电池健康状态估测方法的健康状态误差率对循环寿命的变化；及
图6是一个量测图，说明该实施例没有执行该电池健康状态估测方法的健康状态误差率对循环寿命的变化。
具体实施方式
参阅图1与图2，本发明电池健康状态估测装置1的实施例适用于安装在一个载具2中。该载具2包括一个充电模组21、一个电池模组22、一个显示模组23及其它必要元件(图未示)。该电池模组22电连接该充电模组21。该充电模组21用于接收一个交流电源，且将该交流电源转成直流电源并提供给该电池模组22以对该电池模组22进行充电。该充电模组21可操作以调整提供给该电池模组22的直流电源的电量多寡，以改变流过该电池模组22的电流。需说明的是，该载具2可以是纯电动车或复合(hybrid)电动车，且可以呈例如机车、汽车或巴士的形式。
本实施例的该电池健康状态估测装置1适用于估测该电池模组22的一个健康状态(stateofhealth，soh)。需说明的是，该健康状态是该电池模组22状况相比于其理想状况的品质因数，且该健康状态的单位是百分比(100％＝该电池模组22状况匹配电池规格)。通常，由于该电池模组22的该健康状态理想上在制造出来时为100％，且随着时间及使用而下降。在本实施例中，该电池健康状态估测装置1包含一个控制模组11、一个校正模组12、一个估算处理单元13及一个感测模组14。
该感测模组14电连接该电池模组22，且定期地(例如连续地)感测该电池模组22的一个电压、一个电流、一个充电状态(stateofcharge，soc)及一个温度，以产生一个指示该电池模组的该电压、该电流、该充电状态及该温度的感测信号。
该控制模组11适用于电连接该充电模组21及该感测模组14，且接收来自该感测模组14的该感测信号。该控制模组11在根据该感测信号所指示的该电池模组22的该电流及该充电状态判断出该电池模组22在充电中且该电池模组22的该充电状态达到一个预设目标值时，输出一个控制信号到该充电模组21，以致该充电模组21改变流过该电池模组22的该电流到一个预设电流值it并维持一段预设测试时间tt。改变流过该电池模块22的电流为该预设电流值it,使得该电池模组22的该电流的改变并造成该电池模组22的该电压在该段预设测试时间tt中下降。需说明的是，该预设目标值较佳地在一个从70％到80％的范围内，且在本实施例中是70％。此外，对于该控制信号的不同例子而言，该预设电流值it可以相同或不同。对于该预设电流值it而言，该预设电流值it可以为零，从而该电池模组22既不是在充电中也不是在放电中，即该电池模组22不是在使用中。或者，该预设电流值it可以使得该电池模组22维持在充电中，或使得该电池模组22维持在放电中。
该校正模组12电连接该控制模组11以接收该控制信号，且适用于电连接该感测模组14以接收该感测信号。当接收到该控制信号时，该校正模组12根据该感测信号所指示的该电池模组22的温度，得到该电池模组22在该段预设测试时间中的温度，且根据此温度得到一个电压校正值。需说明的是，该电池模组22在该段预设测试时间tt中的温度变化很小，因此该电池模组22在该段预设测试时间tt中的任一个时点被感测到的温度都可以用来得到该电压校正值。
在本实施例中，该校正模组12根据以下方程式(1)来得到该电压校正值：
vc＝a×(t1-t0)2-b×(t1-t0)+c方程式(1)，
vc代表该电压校正值，a、b、c各自代表一个预设常数，t1代表该电池模组22在该段预设测试时间中的温度，且t0代表一个预设温度，该预设温度t0相关于下述方程式(3)建立时的预设温度，例如25度。所述预设常数a、b、c会受该电池模组22的该充电状态影响而有不同。举例来说，当该充电状态等于70％时，预设常数a等于2×10-5，预设常数b等于0.0022，预设常数c等于0.0825，因此vc＝2×10-5×(t1-t0)2-0.0022×(t1-t0)+0.0825。当该充电状态等于80％时，预设常数a等于3×10-5，预设常数b等于0.0024，预设常数c等于0.0881，因此vc＝3×10-5×(t1-t0)2-0.0024×(t1-t0)+0.0881。
值得注意的是，在其它实施例中，可以将本发明的方程式(1)改用方程式(2)来取代以得到该电压校正值，然而以方程式(1)所获得的该电压校正值较为精准。在此情况中，方程式(2)如下：
vc＝-d×(t1-t0)+e方程式(2)，
vc、t1、t0的定义与方程式(1)同，d、e各自代表一个预设常数。当该充电状态等于70％或80％时，预设常数d等于0.0008，而预设常数e会受该电池模组22的该充电状态影响而有不同。举例来说，当该充电状态等于70％时，预设常数e等于0.0629，因此vc＝-0.0008×(t1-t0)+0.0629。当该充电状态等于80％时，预设常数e等于0.0667，因此vc＝-0.0008×(t1-t0)+0.0667。
该估算处理单元13电连接该校正模组12及该控制模组11以分别接收该电压校正值vc及该控制信号，且适用于电连接该感测模组14以接收该感测信号。在本实施例中，该估算处理单元13包括一个处理模组131及一个估算模组132。
该处理模组131电连接该校正模组12及该控制模组11以分别接收该电压校正值vc及该控制信号，且适用于电连接该感测模组14以接收该感测信号。当接收到该控制信号时，该处理模组131执行以下动作：(1)根据该感测信号所指示的该电池模组22的该电压，得到该电池模组22在该段预设测试时间中的一个电压变化量δv；(2)根据该感测信号所指示的该电池模组22的该电流及该预设电流值it，得到该电池模组22在该段预设测试时间中的一个电流变化量δi；(3)根据该电压校正值vc校正该电压变化量δv因受该温度t1影响而产生的误差，以得到一个电压变化校正值δv’；及(4)根据一个描述该电池模组22的一个电流比率(crate)及该电压变化校正值δv’间关系的预设电压映射函式，将该电池模组22的该电压变化校正值δv’映射成该电池模组22的该电流比率。需说明的是，该电压变化量δv为该电池模组22在该预设测试时间tt的一个起点t1的电压v1及该预设测试时间tt的一个终点t2的电压v2间的电压差异(即，v1-v2)。该电流变化量δi为该电池模组22在该预设电流值it及紧接改变前的该电流(即，紧接该预设测试时间tt的该起点t1前所对应的电流)间的电流差异。该电流比率用来表示该电池模组22充放电时电流大小的比率。
在本实施例中，该处理模组131将该电压校正值vc及该电压变化量δv相加来得到该电压变化校正值δv’(即，δv’＝vc+δv)。该预设电压映射函式表示为，例如，cr＝a’×δv’+b’，cr代表该电池模组22的该电流比率，且a’及b’是预设常数。该预设电压映射函式可以从与该电池模组22相关联的量测结果推导出。
该估算模组132电连接该处理模组131以接收该电流变化量δi及该电流比率cr，且适用于电连接该感测模组14以接收该感测信号，及适用于电连接该显示模组23。该估算模组132根据相关于该电压变化校正值δv’的该电流比率cr、该电流变化量δi及一个额定完全充电容量来估算该电池模组22的该健康状态，且将该健康状态输出至该显示模组23，以显示在该显示模组23上。
在本实施例中，该估算模组132根据以下方程式(3)来估算该电池模组22的该健康状态：
soh＝[(δi/cr)/ah_spec]×100％×k-1方程式(3)，
soh代表该电池模组22的该健康状态，ah_spec代表该电池模组22的该额定完全充电容量，且k-1代表一个预设偏移常数。该电池模组22的该额定完全充电容量可以从该电池模组22的规格书中得知。
参阅图3及图4，其说明该电池健康状态估测装置1执行一种电池健康状态估测方法以估测该电池模组22的健康状态。操作时，先利用该感测模组14感测该电池模组22的温度、电流、电压及充电状态以产生该感测信号(即，步骤30)。接着，该电池健康状态估测装置1再执行该电池健康状态估测方法以估测该电池模组22的该健康状态。最后，利用该显示模组23显示该健康状态(即，步骤36)。在本实施例中，该电池健康状态估测方法包含以下步骤：
步骤31：利用该电池健康状态估测装置1中的该控制模组11来根据该感测信号判断该电池模组22的该充电状态是否达到该预设目标值。若是，则进行步骤32；若否，则进行步骤30。
步骤32：利用该电池健康状态估测装置1中的该控制模组11输出该控制信号，以致该电池模组22的该电流改变到该预设电流值it并维持该段预设测试时间tt，且电池模组22的电流改变为该预设电流值it,不仅使得该电流改变并造成该电池模组22的该电压在该段预设测试时间tt中下降。
步骤33：利用该电池健康状态估测装置1中的该处理模组131根据该感测信号得到该电池模组22在该段预设测试时间tt中的该电压变化量δv及该电流变化量δi。
步骤34：利用该电池健康状态估测装置1中的该校正模组12根据该感测信号所指示的该电池模组22在该段预设测试时间tt中的温度得到该电压校正值vc。
步骤35：利用该电池健康状态估测装置1中的该估算处理单元13根据该电压校正值vc校正该电压变化量δv因受该温度影响而产生的误差，以得到该电压变化校正值δv’，并根据该电压变化校正值δv’、该电流变化量δi及该电池模组22的该额定完全充电容量来估算该电池模组22的该健康状态。
需说明的是，在步骤35中，还进一步包含子步骤351、352的细部流程。
子步骤351：利用该电池健康状态估测装置1中的该处理模组131将该电压校正值vc及该电压变化量δv相加来得到该电压变化校正值δv’，并根据该预设电压映射函式将该电压变化校正值δv’映射成该电流比率。
子步骤352：利用该电池健康状态估测装置1中的该估算模组132根据该电流比率、该电流变化量δi及该额定完全充电容量来估算该健康状态。
参阅图5及图6，图5说明该电池健康状态估测装置1有利用该校正模组12校正该电压变化量δv因受该温度影响而产生的误差后的量测结果，图6说明没有利用该校正模组12校正该电压变化量δv后的量测结果。健康状态误差率定义为将该电池模组22实际去放电而得到的健康状态(实测值)减掉本发明根据方程式(3)得到的该健康状态(理论值)。循环寿命一次的定义是指该电池模组22从完全充饱电的电池放电至电池截止电压。
由图5可知，有校正该电压变化量δv后，健康状态误差率的最大值为4.23％，健康状态误差率的最小值为-0.86％，进而得到健康状态误差率的误差范围为5.09％(即，4.23％-(-0.86％)＝5.09％)。此外，平均误差率为2.59％。由图6可知，没有校正该电压变化量δv后，健康状态误差率的最大值为6.44％，健康状态误差率的最小值为-0.81％，进而得到健康状态误差率的误差范围为7.25％(即，6.44％-(-0.81％)＝7.25％)。此外，平均误差率为3.66％。也就是说，当该电池健康状态估测装置1有利用该校正模组12校正该电压变化量δv后，其估测到的该电池模组22的该健康状态更加准确，使得健康状态误差率的误差范围、平均误差率、健康状态误差率的最大值及最小值皆会减少。
综上所述，上述本实施例具有以下优点：
1.由于本发明该电池健康状态估测装置1可在该电池模组22在充电中时估测该电池模组22的该健康状态，而不需如现有需将可充电电池模组拆卸后才能进行健康状态的估测，因此便于使用者使用。
2.由于本发明该电池健康状态估测装置1不需耗费大量时间对该电池模组22进行放电即可估测出该电池模组22的该健康状态，可防止随意对该电池模组22放电可能引发的安全问题。
3.由于本发明该电池健康状态估测装置1是在该电池模组22在充电时启动该充电模组21改变该电池模组22的电流，使的该电池模组22的电压跟着改变，接着利用该校正模组12校正该电池模组22的该电压变化量δv以进一步根据上述方程式(3)来得到该电池模组22的该健康状态，所以本发明该电池健康状态估测装置1不需如现有电池健康状态估测装置需使用特殊高频量测仪器量测可充电电池模组的内阻才可估测出可充电电池模组的健康状态。因此，本发明该电池健康状态估测装置1相较于现有电池健康状态估测装置可降低制造成本。
4.由于该电池模组22在不同温度条件下有不同的活性会造成其本身的电压响应有误差，以致该处理模组131所得到的该电压变化量δv跟着也有误差，进而影响估测到的该电池模组22的该健康状态的准确度。因此，本发明该电池健康状态估测装置1通过利用该校正模组12校正该电压变化量δv因受不同温度影响而产生的误差后，可使得其所估测到的该电池模组22的该健康状态的准确度有效提升。
以上所述者，仅为本发明的实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明的范围。