CN101071160A - 电池健康状态的诊断方法 - Google Patents

Abstract

一种电池健康状态的诊断方法，其包含步骤如下：提供一电池的放电电压及放电电流数据；设定一预定时间间距及该预定时间间距放电电流变化量的可接受值；分析该预定时间间距内的放电电压及放电电流数据的变化；记录该放电电压、放电电流数据及其变化数据；在放电电流变化量的可接受值内比对该放电电压数据及其变化数据；及将比对结果显示为一健康状态诊断指针。

Description

电池健康状态的诊断方法

技术领域

本发明是关于一种电池健康状态的诊断方法，特别是关于利用测量电池在一预定时间间距内的放电电压及放电电流数据，以取得该放电电压及放电电流数据的变化作为该电池的健康状态(state of health)诊断指针的诊断方法。

背景技术

近年来随着科技的发展，许多计算机相关的仪器设备需要高电源品质。如果发生电力中断时，这些仪器设备，例如工作站、医疗设备及生产机器等，可能受到极严重的影响或破坏。为了满足及时提供稳定电源的需求，以防止发生电源的中断，所以一般广泛使用电池提供高品质的电源，以作为备用电源。电池除了能提供高品质的电源外，其亦可作为储能组件，例如通讯设备、紧急照明器材及电动车辆等皆需要采用电池作为其电源。然而，在电池长期使用上，电池必然发生老化或劣化，因而必须测量电池的健康状态。

关于电池发生老化而言，铅酸电池老化原因包含电极腐蚀、电极活性物质下降、活性物质硫酸铅的不可逆性、短路及失水等。此外，在电池本身某些组件呈现老化劣化时，亦造成电池在放电过程中其放电曲线发生变形的现象。

一般而言，电池状态分析方法包含电池容量分析方法、电池放电电压coup de fout分析方法、电池阻抗分析方法、电池充放电操作状态分析方法或利用人工智能分析方法等。

当采用电池容量分析方法时，由于电池容量受制于充电状况、放电电流、储存温度及电池初始状况等条件因素影响，因此其分析结果存在许多不确定性因素。另外，在采用电池放电电压coup de fout分析方法或电池阻抗分析方法时，其均需要采用精密测量仪器，因此其具有增加设备成本的缺点。若采用电池充放电操作状态分析方法或采用人工智能分析方法时，则其分析方法具有过于复杂的缺点。

现有电池状态分析方法，如美国专利第6668247号，其揭示利用电池内部阻抗的变化及电池充放电使用的次数的数据，经由模糊***分析后，即可决定电池健康状态。然而，采用该电池状态分析方法在硬件上必须配置基本设备，如信号产生器、阻抗测量装置、电压电流测量装置及微电脑控制器等，再经由一模糊***进行分析，该模糊***则须已受电池内部阻抗、电池充放电次数及电池健康状态相互关系训练，如此该模糊***方能决定电池的健康状态。

如上所述，该第6668247号电池状态分析方法需采用高复杂度***，但由于电池内部阻抗值很小，其仅约数微欧姆(mΩ)至数十微欧姆(mΩ)，因此其采用的信号产生器及阻抗测量装置除了必须十分精密外，亦尚必须定期校正，否则将导致误差不断扩大。此外，各种厂牌的电池具有不相同的电池特性，所以在进行模糊***训练时，必须依待测量的各种厂牌电池进行训练。若发生已训练模糊***的电池特性与待测量电池特性不符时，其需要依待测量电池特性再重新训练该模糊***，如此该电池状态分析方法在实际使用时具有高繁杂度的缺点。

另一现有电池状态分析方法，如美国专利第6362601号，其揭示利用电池内部极板退化的程度或内部极板对电池容量降低的影响及电池的操作温度，进而决定对电池提供足够的充电量。另一方面，该电池状态分析方法同时亦利用电池在完成充电时的电压进行分析健康状态，其是借由电池在完成充电时的电压是否落在内建的建康状态限制窗口内的方式判断电池的健康状态。

如上所述，该第6362601号电池状态分析方法利用电池内部极板与电池自放电、电池放电深度及电池老化的关系曲线来表示电池内部极板退化的程度。另外，一般各种厂牌的电池具有不相同的电池特性，所以在建立关系曲线时，必须依待测量的各种厂牌电池建立各种关系曲线。因此，若该方法必须逐一依各种厂牌电池建立关系曲线时，其具有应用复杂的缺点。此外，该第6362601号电池状态分析方法另涉及充电功能，若现场设备仅需要电池建康状态指示功能时，该方法并不适用此需求。

有鉴于此，本发明为了改进上述缺点，其采用测量电池在一预定时间间距内的放电电压数据方式，以取得该放电电压数据的变化作为该电池的健康状态诊断指针，如此本发明能直接分析电池健康状态及简化分析方法。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种电池健康状态的诊断方法，其测量电池在一预定时间间距内的放电电压及放电电流数据，借由分析该放电电压及放电电流数据的变化，以作为该电池的健康状态诊断指针，使本发明具有简化分析方法的功效。

根据本发明的电池健康状态的诊断方法，其包含步骤如下：提供一电池的放电电压及放电电流数据；设定一预定时间间距及放电电流变化量的可接受值；分析该预定时间间距内的放电电压及放电电流数据的变化；记录该放电电压、放电电流数据及其变化数据；在放电电流变化量的可接受值内比对该放电电压数据及其变化数据；及将比对结果显示为一健康状态诊断指针。

根据本发明的电池健康状态的诊断方法，其中经一个传输手段提供该电池的放电电压及放电电流数据至一个数据库；其中操作者依需求设定该预定时间间距，以便在该预定时间间距内测量该电池的放电电压及放电电流数据；其中该放电电压及放电电流数据的变化是放电电压及放电电流数据产生上升量或下降量的变化；其中将该电池的放电电压、放电电流数据及其变化数据记录至一个数据库；其中若该放电电流变化量在该放电电流变化量的可接受值内，则比对该放电电压数据及其变化数据；若该放电电流变化量不在该放电电流变化量的可接受值内，则不比对该放电电压数据及其变化数据；其中该比对方式是利用两次相临时间间距的放电电压数据变化数值之间进行比对；其中该比对方式是利用数次时间间距的放电电压数据变化数值之间进行比对。

附图说明

图1：本发明较佳实施例的电池健康状态的诊断方法的流程方块图。

图2：本发明较佳实施例电池健康状态的诊断方法测量放电电压及电压变化与时间的相关曲线图。

图3：本发明较佳实施例电池健康状态的诊断方法测量放电电压及电压变化与时间的另一相关曲线图。

图4：本发明较佳实施例电池健康状态的诊断方法测量放电电流及电流变化与时间的另一相关曲线图。

图5：本发明较佳实施例电池健康状态的诊断方法测量放电电压及电压变化与时间的另一相关曲线图。

图6：本发明较佳实施例电池健康状态的诊断方法测量放电电流及电流变化与时间的另一相关曲线图。

图7：本发明较佳实施例电池健康状态的诊断方法测量放电电压及电压变化与时间的另一相关曲线图。

符号说明：

S10第一执行步骤方块    S30第三执行步骤方块

S20第二执行步骤方块    S40第四执行步骤方块

S50第五执行步骤方块        S60第六执行步骤方块

20a放电电压与时间的曲线    20b电压变化与时间的曲线

30a放电电压与时间的曲线    30b电压变化与时间的曲线

40a放电电流与时间的曲线    40b电流变化与时间的曲线

50a放电电压与时间的曲线    50b电压变化与时间的曲线

60a放电电流与时间的曲线    60b电流变化与时间的曲线

70a放电电压与时间的曲线    70b电压变化与时间的曲线

具体实施方式

为了让本发明的上述及其它目的、特征、优点能更明显易懂，下文将特举本发明较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

图1揭示本发明较佳实施例的电池健康状态的诊断方法的流程方块图，其主要包含六个执行步骤方块，其中第一执行步骤方块为S10、第二执行步骤方块为S20、第三执行步骤方块为S30、第四执行步骤方块为S40、第五执行步骤方块为S50及第六执行步骤方块为S60。

请参照图1所示，首先，在第一执行步骤方块S10中，其用以执行提供放电电压及放电电流数据。在一电池进行放电时，借由一测量装置测量该电池，以取得该电池的放电电压及放电电流数据，并经一传输手段提供该电池的放电电压及放电电流数据至一数据库。再者，由该数据库提供该电池的放电电压及放电电流数据。

请再参照图1所示，接着，在第二执行步骤方块S20中，其用以执行设定时间间距及该时间间距内放电电流变化量的可接受值。操作者可依需求设定一预定时间间距及该时间间距内放电电流变化量的可接受值，以便在该预定时间间距内测量该电池的放电电压及放电电流数据。

请再参照图1所示，接着，在第三执行步骤方块S30中，其用以执行分析放电电压及放电电流数据的变化。于第一执行步骤方块S10已取得该电池的放电电压及放电电流数据，另于第二执行步骤方块S20决定时间间距。分析放电电压及放电电流数据的变化是于该预定时间间距内的放电电压及放电电流数据产生上升量或下降量的变化，以取得一电压及电流变化量，例如包含一放电电压变化量最大值及一放电电压变化量最小值。

请再参照图1所示，接着，在第四执行步骤方块S40中，其用以执行记录放电电压、放电电流数据及其变化数据。将该电池的放电电压、放电电流数据及其变化数据记录至该数据库，且将该电池的放电电压数据及其变化数据显示在曲线图上。

请再参照图1所示，接着，在第五执行步骤方块S50中，其用以执行在放电电流变化量的可接受值内比对放电电压数据及其变化数据。于第四执行步骤方块S40已取得放电电压、放电电流数据及其变化数据，另于第二执行步骤方块S20决定放电电流变化量的可接受值，而第五执行步骤方块S50在放电电流变化量的可接受值内将放电电压数据及其变化数据加以比对，可选择采用二种比对方式，该比对方式如下：

(A)、利用两次相临时间间距的放电电压数据变化数值之间进行比对；

(B)、利用数次时间间距的放电电压数据变化数值之间进行比对。

请再参照图1所示，在第五执行步骤方块S50执行比对上较佳采用一运算单元，如中央处理器(CPU)。

请再参照图1所示，最后，在第六执行步骤方块S60中，其用以执行将比对结果显示为一健康状态诊断指针。在第六执行步骤方块S60执行显示上，其较佳经一传输手段提供至一显示单元或一警示单元。

图2揭示本发明较佳实施例电池健康状态的诊断方法测量一电池放电电压及电压变化率对时间的曲线图。请参照图2所示，曲线20a是显示放电电压与时间的相关曲线，其中在电池开始放电瞬间，其放电电压产生骤降。此外，在预定时间间距内，该放电电压在开始瞬间产生骤降后，其仍缓慢持续下降而未再发生骤降的情形。相对的，曲线20b是显示电压变化率对时间的曲线，即显示曲线20a的放电电压变化。除了在电池开始放电瞬间外，曲线20b的电压变化持续均维持在一设定范围内，如此可判断电池健康状态为良好状态。

图3揭示本发明较佳实施例电池健康状态的诊断方法测量一电池放电电压及电压变化率对时间的另一曲线图。请参照图3所示，曲线30a是显示放电电压与时间的相关曲线，在预定时间间距内，除了在该电池开始放电瞬间放电电压产生骤降外，整个放电期间的放电电压亦产生几次骤降。自放电电压产生几次骤降后，该放电电压始终持续维持在低电压的情形。相对的，曲线30b是显示电压变化率对时间的曲线，即显示曲线30a的放电电压变化。曲线30b的电压变化在相对于放电电压发生较大变化时产生相对大的振荡，因此其电压变化已超出一设定范围，如此可判断电池健康状态为不良状态，因而需要更换电池。

图4揭示本发明较佳实施例电池健康状态的诊断方法测量一电池放电电流及电流变化率与时间的另一相关曲线图。请参照图4所示，曲线40a是显示放电电流与时间的相关曲线，在预定时间间距内，在电池整个放电过程中，其放电电流发生两次变化。相对的，曲线40b是显示电流变化率对时间的相关曲线，即显示曲线40a的放电电流变化。曲线40b的电流变化在相对于放电电流发生变化时产生一大的振荡，因此其电流变化已超出该设定的可接受值，此时电池在同一时间的电压变化值可判断不作为电池健康状态判定的数据。

图5揭示本发明较佳实施例电池健康状态的诊断方法在相对于图4电池放电情况下所测量的放电电压及电压变化率与时间的曲线图。请参照图5所示，曲线50a是显示放电电压与时间的相关曲线，在预定时间间距内，该放电电压在相对于放电电流发生变化时产生两次变化。曲线50b是显示电压变化率对时间的相关曲线，即显示曲线50a的放电电压变化。曲线50b的电压变化在相对于放电电压发生变化时产生相对大的振荡。由图4及图5比较得知，电流变化及电压变化为同一时间发生，因此在电流变化超出该设定的可接受值的状况下，此时电池在同一时间的电压变化值可判断不作为电池健康状态的数据。

图6揭示本发明较佳实施例电池健康状态的诊断方法测量一电池放电电流及电流变化率与时间的另一相关曲线图。请参照图6所示，曲线60a是显示放电电流与时间的相关曲线，在预定时间间距内，在该电池整个放电过程中，该放电电流持续发生变化。相对的，曲线60b是显示电流变化率对时间的相关曲线，即显示曲线60a的放电电流变化。曲线60b的电流变化随着放电电流持续发生变化亦持续发生振荡，但是该电流变化值均不超过该设定的可接受值的状况，此时电池在同一时间的电压变化值可用以判断作为电池健康状态的数据。

图7揭示本发明较佳实施例电池健康状态的诊断方法在相对于图6电池放电情况下所测量的放电电压及电压变化与时间的曲线图。请参照图7所示，曲线70a是显示放电电压与时间的曲线，在预定时间间距内，于整个放电过程中其放电电压产生两次较大变化。相对的，曲线70b是显示电压变化率对时间的相关曲线，即显示曲线 0a的放电电压变化。曲线70b的电压变化在相对于放电电压较大变化时亦产生相对大的振荡。由图6及图7比较得知，在电流变化未超出一设定接受值的状况下，此时电池在同一时间的电压变化值可判断作为电池健康状态的数据，同时其电压变化已超出一设定范围，如此可判断电池健康状态为不良状态，因而需要更换电池。

Claims (8)

1、一种电池健康状态的诊断方法，其包含步骤：

提供一个电池的放电电压及放电电流数据；

设定一个预定时间间距及该预定时间间距放电电流变化量的可接受值；

分析该放电电压及放电电流数据的变化；

记录该放电电压、放电电流数据及其变化数据；

在该设定放电电流变化量的可接受值内比对该放电电压数据及其变化数据；及将比对结果显示为一个健康状态诊断指针。

2、根据权利要求1所述的电池健康状态的诊断方法，其中经一个传输手段提供该电池的放电电压及放电电流数据至一个数据库。

3、根据权利要求1所述的电池健康状态的诊断方法，其中操作者依需求设定该预定时间间距，以便在该预定时间间距内测量该电池的放电电压及放电电流数据。

4、根据权利要求1所述的电池健康状态的诊断方法，其中该放电电压及放电电流数据的变化是放电电压及放电电流数据产生上升量或下降量的变化。

5、根据权利要求1所述的电池健康状态的诊断方法，其中将该电池的放电电压、放电电流数据及其变化数据记录至一个数据库。

6、根据权利要求1所述的电池健康状态的诊断方法，其中若该放电电流变化量在该放电电流变化量的可接受值内，则比对该放电电压数据及其变化数据；若该放电电流变化量不在该放电电流变化量的可接受值内，则不比对该放电电压数据及其变化数据。

7、根据权利要求1所述的电池健康状态的诊断方法，其中该比对方式是利用两次相临时间间距的放电电压数据变化数值之间进行比对。

8、根据权利要求1所述的电池健康状态的诊断方法，其中该比对方式是利用数次时间间距的放电电压数据变化数值之间进行比对。

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