CN104166097A - 电池的电量量测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电池的电量量测方法，此电量量测方法包括以下步骤。提供一查询表，储存有多个预设量测确认电压与多个设定电量。量测电池的第一电压作为起始点。根据查询表与起始点计算结束点。量测电池的电压和电流，直到一量测电压达到结束点相对应的预设量测确认电压。根据查询表计算起始点至结束点的设定电量。计算起始点至结束点的实际电量。以及根据实际电量与设定电量的差异来修正设定电量。

Description

电池的电量量测方法

技术领域

本发明涉及一种电池量测，尤其涉及一种电池的电量量测方法。

背景技术

一般以电池量测IC（gas gauge IC）进行电量量测的方法大致上有下列几种。

第一种电量量测方法使用库伦计数器（coulomb counter）。库伦计数器藉由对流入/流出电池的电流做积分运算来取得电池的电量。然而缺点是，对新电池有效但无法克服电池老化和电池自放电的问题，另外必须在电池完全放电之后才能得到电池的电量。

第二种电量量测方法使用开路电压（open circuit voltage，OCV）来进行量测。藉由电池电压与充电状态（state of charge，SOC）之间的相互关系来监测电池的电量。然而缺点是，电池需在无负载才能反映出电量变化。另外，进行开路电压时，一般都要电池在放电30分钟后才会恢复稳态，所以进行电量量测需要一段等待时间，无法在电池放电过程中进行量测。

第三种电量量测方法使用内阻（internal resistance）来进行量测。由于电池的内阻抗会随着电池的电量有所变化，所以可藉由量测电池的内阻抗来预测电池的残余电量。然而缺点是，不易量测电池的内阻抗，且当电池老化后的内阻变化差异会更大。

然而，上述作法都有其缺点，因此需要一种较佳的电池的电量量测方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种电池的电量量测方法，藉以解决现有技术所述及的问题。

本发明提出一种电池的电量量测方法。此电量量测方法包括以下步骤。提供查询表，储存有多个预设量测确认电压与多个设定电量。量测电池的第一电压作为起始点。根据查询表与起始点计算结束点。量测电池的电压和电流，直到一量测电压达到结束点相对应的预设量测确认电压。根据查询表计算起始点至结束点的设定电量。计算起始点至结束点的实际电量。以及根据实际电量与设定电量的差异来修正设定电量。

在本发明的一实施例中，这些预设量测确认电压包括满电压（fullvoltage）和截止电压（cutoff voltage）。

在本发明的一实施例中，在“根据查询表计算起始点至结束点的设定电量”的步骤，倘若起始点落在查询表的第N点电压与第N+1点电压之间，运用内差法计算出相应的设定电量。

在本发明的一实施例中，查询表还储存有多个温度信息以及相应各温度信息的电量信息。

在本发明的一实施例中，在“根据查询表与起始点计算结束点”的步骤包括：量测电池的温度值；判断是否可从查询表的这些温度信息查到温度值，若“是”则将相应温度值的预设量测确认电压作为结束点，若“否”则运用内差法计算相应温度值的预设量测确认电压以作为结束点。

在本发明的一实施例中，查询表还包括储存储存多个电流信息，而在“根据查询表与起始点计算结束点”的步骤包括：量测电池的电流且计算电池在预设时间内的平均电流；判断是否可从查询表的这些电流信息查到平均电流，若“是”则将相应平均电流的预设量测确认电压作为结束点，若“否”则运用内差法计算相应平均电流的预设量测确认电压以作为结束点。

在本发明的一实施例中，预设时间为5秒。

在本发明的一实施例中，电池的电量量测方法还包括根据经修正的设定电量计算电池的剩余容量百分率。

本发明另提出一种电池的电量量测方法。电量量测方法包括以下步骤。每隔预设时间取得多个电池量测参数；依据这些电池量测参数的至少一个电池量测参数产生一平均电流；于查询表中利用平均电流计算一电压区间的设定电量；计算在电压区间所产生的实际电量；以及根据实际电量与设定电量的差异来修正设定电量。

在本发明的一实施例中，查询表储存有多个预设平均电流以及关于满电压至截止电压的信息。

在本发明的一实施例中，在“于查询表中利用平均电流计算电压区间之设定电量”的步骤，倘若平均电流落在查询表的第N电压区间与第N+1电压区间之间，运用内差法计算出相应的设定电量。

基于上述，本发明在进行电池的电量量测时可根据实际电量与查询表的设定电量的差异来修正查询表的设定电量。进一步可计算出电池的剩余容量百分率。本发明不需电池经过完整的放电程序，不需要复杂运算。本发明的电量量测方法亦改进现有的开路电压量测方式，不需要等待30分钟的恢复时间。如此一来，可根据电池特性、老化结果或温度效应来修正所述设定电量，可以提升量测效率。

应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为例示性及阐释性的，其并不能限制本发明所欲主张的范围。

附图说明

下面的附图是本发明的说明书的一部分，其显示了本发明的示例实施例，附图是与说明书的描述一起用来说明本发明的原理。

图1为依据本发明一实施例的电池的电量量测方法的流程图。

图2为依据本发明另一实施例的电量量测方法的流程图。

图3为步骤S213的详细流程图。

图4为依据本发明另一实施例的电池的电量量测方法的流程图。

附图标记：

S110～S170：本发明一实施例的电池的电量量测方法的各步骤

S201～S225：本发明另一实施例的电量量测方法的各步骤

S301～S311：步骤S213的细节各步骤

S410～S450：本发明另一实施例的电池的电量量测方法的各步骤

具体实施方式

图1为依据本发明一实施例的电池的电量量测方法的流程图。请参阅图1。本实施例的电量量测方法可以包括以下步骤。

如步骤S110所示，提供查询表（lookup table），此查询表储存有多个预设量测确认电压与多个设定电量，其中这些预设量测确认电压包括满电压（full voltage）和截止电压（cutoff voltage）。因此，查询表储存有关于满电压至截止电压的信息。此外，查询表还储存有多个温度信息以及相应各温度信息的电量信息。例如，查询表可包括如下的表1至表3。表1为35℃/1C对照表，表2为35℃/0.7C对照表，表3为5℃/0.1C对照表。其中以1小时为基准的充、放电流称为1C，例如，“具有设定电量1000mAH的电池的1C电流”即表示电流为1000mA，而“具有设定电量1000mAH的电池的0.1C电流”即表示电流为100mA。

表1（35℃/1C对照表）

预设量测确认电压（mV）	设定电量（mAH）
		4032（满电压）	4328
3932	152
		3882	192
3832（假设为第N点）	225
		3782（假设为第N+1点）	249
3732	282
		3682	329
3632	391
		3582	494
3532	688
		3482	591
3432	321
		3382	145
3331	80
		3232	89
3000（截止电压）	98
		0	16

表2（35℃/0.7C对照表）

预设量测确认电压（mV）	设定电量（mAH）
		4100	4293
3990	305
		3935	252
3880	265
		3825	301
3770	355
		3715	469
3660	683
		3605	816
3550	453
		3495	160
3440	64
		3384	41
3330	32
		3220	46
3000	51
		0	17

表3（5℃/0.1C对照表）

预设量测确认电压（mV）	设定电量（mAH）
		4177	4253
4067	439
		4012	279
3957	308
		3902	350
3847	324

3792	472
		3737	994
3682	481
		3627	442
3572	59
		3517	44
3462	35
		3407	28
3297	43
		3000	54
0	92

如步骤S120所示，量测电池的第一电压作为起始点。在放电程序中量测电池，将量测到的第一电压作为起始点。例如，量测电池得到35℃/1C/3830mV，所以起始点设定为3830mV。

如步骤S130所示，根据查询表与起始点计算结束点。例如，根据表1（35℃/1C对照表），第一电压3830mV介于预设量测确认电压3832mV（假设为第N点）与预设量测确认电压3782mV（假设为第N+1点）之间，其中结束点的电压值需小于起始点的电压值，因此经过计算可以得到结束点为3782mV。

如步骤S140所示，量测电池的电压和电流，直到一量测电压达到结束点相对应的预设量测确认电压。

如步骤S150所示，根据查询表计算起始点至结束点的设定电量。

如步骤S160所示，计算起始点至结束点的实际电量。例如，起始点（3830mV），可表示为SOVstart而落在预设量测确认电压3832mV（假设为第N点，设定电量225mAH）与预设量测确认电压3782mV（假设为第N+1点，可表示为SOVend或SOV_N+1，设定电量249mAH）之间，请参见方程式（1），可运用内差法计算起始点（SOVstart）至结束点（SOVend或SOV_N+1）之间所相应的设定电量为239mAH。

$\frac{\mathrm{SOVstart}-{\mathrm{SOV}}_{N+1}}{{\mathrm{SOV}}_N-{\mathrm{SOV}}_{N+1}}\×Q_{N+1}=\frac{3830-3782}{3832-3782}\×249=239\left(\mathrm{mAH}\right)$     （1）。

如步骤S170所示，根据实际放电量与设定电量的差异来修正设定电量。例如，假设原先电池的设定电量为1000mAH，且若实际电量小于设定电量的差异为20mAH，则更新后的电池的设定电量Qmax为1000mAH减掉20mAH等于980mAH。

另外，可根据经修正的设定电量计算电池的剩余容量百分率（relative state of charge，RSOC）。举例来说，电池放电10秒且平均电流为700mA、温度为35度C，则可根据表2（35℃/0.7C对照表）进行计算；假设原先电池的设定电量为1000mAH，更新后的电池的设定电量为980mAH，则原先RSOC与更新的RSOC的计算式子请分别参见如方程式（2）和（3）。

原先 $\mathrm{RSOC}=\frac{1000\mathrm{mAH}-(1000\mathrm{mA}\×10\sec )}{1000\mathrm{mAH}}\×`100\%$ …（2）。

更新的 $\mathrm{RSOC}=\frac{980\mathrm{mAH}-(1000\mathrm{mA}\×10\sec )}{980\mathrm{mAH}}\×`100\%$ …（3）。

总体而言，本实施例是在电池的放电过程中，藉由实际电量与设定电量的差异来修正查询表的设定电量，不需经过完整放电即可计算电池的电量或电池的剩余容量百分率。换言之，本实施例无须额外增加硬体或是中断电池的放电行为。此外，可藉由电池的设定电量来检测电池的老化程度。本实施例也无须建立庞大的表格来记录参数值。因此，本实施例进行电量量测时将有助于降低硬体成本以及相关电路的复杂性。

图2为依据本发明另一实施例的电池的电量量测方法的流程图。请参阅图2。本实施例的电量量测方法是基于图1实施例的原理而可以包括以下步骤。

如步骤S201所示，载入查询表。接着如步骤S203所示，设定计时器的预设时间，例如5秒。

在步骤S205，判断是否到达5秒，倘若“是”进入步骤S207，否则回到步骤S205。

如步骤S207所示，量测电池状态，例如电压/电流/温度。接着如步骤S209所示，判断是否放电，倘若“是”进入步骤S311，否则进入步骤S205。

如步骤S211所示，计算预设时间（例如5秒）内的平均电流，并量测电池的第一电压作为起始点（可表示为SOVstart）。接着如步骤S213所示，根据查询表与起始点计算而得到结束点（可表示为SOVend）。接着如步骤S215所示，量测电池的电压和电流，直到一量测电压达到结束点（SOVend）相对应的预设量测确认电压，倘若“是”进入步骤S217，否则回到步骤S205。

如步骤S217所示，根据查询表计算起始点至结束点的设定电量（QT），并计算起始点至结束点的实际电量（QC）。接着如步骤S219所示，判断QC是否大QT，倘若“是”进入步骤S221，否则进入步骤S223。

如步骤S221所示，表示此区间实际电量（QC）大于设定电量（QT），修正电池的设定电量Qmax=Qmax+(QC-QT)，其中等式右边的Qmax为更新前的值，而等式左边的Qmax为更新后的值，接着进入步骤S225。

如步骤S223所示，表示此区间实际电量（QC）小于设定电量（QT），修正电池的设定电量Qmax=Qmax-(QT-QC)，其中等式右边的Qmax为更新前的值，而等式左边的Qmax为更新后的值，接着进入步骤S225。

如步骤S225所示，更新查询表。然后回到步骤S205，进行另一次的电量量测的流程（如步骤S205至S225）。

以下将介绍步骤S213的各细节步骤流程。请参阅图3。根据查询表与起始点计算而得到结束点的步骤S213进一步包括下述的步骤S301至S311。

如步骤S301所示，计算平均电流及量测温度值。接着如步骤S303所示，判断是否查询表有上述温度值，倘若“是”进入步骤S307，否则进入步骤S305。

如步骤S305所示，运用内差法计算相应上述温度值的电压以作为结束点（SOVend），接着进入步骤S307。

如步骤S307所示，判断是否查询表有上述平均电流，倘若“是”进入步骤S311，否则进入步骤S309。

如步骤S309所示，运用内差法计算相应上述平均电流的电压以作为结束点（SOVend），接着进入步骤S311。

如步骤S311所示，根据查询表所计算或查出的数值，记录结束点（SOVend）。

图4为依据本发明另一实施例的电池的电量量测方法的流程图。请参阅图4。本实施例的电量量测方法可以包括以下步骤。

如步骤S410所示，每隔预设时间取得多个电池量测参数。例如，预设时间可为5秒，这些电池量测参数可包括电压、电流、温度、电量，但不以此为限。

如步骤S420所示，依据这些电池量测参数的至少一个电池量测参数产生一平均电流。

如步骤S430所示，于查询表中利用平均电流计算一电压区间的设定电量。例如，当平均电流为100mA、温度为5度C，则可根据表3（5℃/0.1C对照表）进行计算。相关细节步骤可模仿前述步骤S120至S150以及步骤S211至S217来进行。

如步骤S440所示，计算在电压区间所产生的实际电量。相关细节步骤可模仿前述步骤S160以及步骤S217来进行。

如步骤S450所示，根据实际电量与设定电量的差异来修正设定电量。相关细节步骤可模仿前述步骤S219以及步骤S225来进行。

综上所述，本发明实施例在进行电池的电量量测时可根据实际电量与查询表的设定电量的差异来修正查询表的设定电量。进一步可计算出电池的剩余容量百分率。本发明实施例不需电池经过完整的放电程序，不需要复杂运算。本发明实施例的电量量测方法亦改进现有的开路电压量测方式，不需要等待30分钟的恢复时间。如此一来，可根据电池特性、老化结果或温度效应来修正所述设定电量，可以提升量测效率。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域的普通技术人员，当可作些许更动与润饰，而不脱离本发明的精神和范围。

另外，本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所揭示的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明的范围。

Claims (14)

1.一种电池的电量量测方法，包括：

提供一查询表，储存有多个预设量测确认电压与多个设定电量；

量测该电池的一第一电压作为一起始点；

根据该查询表与该起始点计算一结束点；

量测该电池的电压和电流，直到一量测电压达到该结束点相对应的一预设量测确认电压；

根据该查询表计算该起始点至该结束点的一设定电量；

计算该起始点至该结束点的一实际电量；以及

根据该实际电量与该设定电量的差异来修正该设定电量。

2.根据权利要求1所述的电量量测方法，其中该些预设量测确认电压包括满电压和截止电压。

3.根据权利要求1所述的电量量测方法，其中在“根据该查询表计算该起始点至该结束点的该设定电量”的步骤，倘若该起始点落在该查询表的一第N点电压与一第N+1点电压之间，运用内差法计算出相应的该设定电量。

4.根据权利要求1所述的电量量测方法，其中该查询表还储存有多个温度信息以及相应各温度信息的电量信息。

5.根据权利要求4所述的电量量测方法，其中在“根据该查询表与该起始点计算该结束点”的步骤包括：

量测该电池的一温度值；

判断是否可从该查询表的该些温度信息查到该温度值，若“是”则将相应该温度值的预设量测确认电压作为该结束点，若“否”则运用内差法计算相应该温度值的预设量测确认电压以作为该结束点。

6.根据权利要求1所述的电量量测方法，其中该查询表还储存多个电流信息，而在“根据该查询表与该起始点计算该结束点”的步骤包括：

量测该电池的电流且计算该电池在一预设时间内的一平均电流；

判断是否可从该查询表的该些电流信息查到该平均电流，若“是”则将相应该平均电流的预设量测确认电压作为该结束点，若“否”则运用内差法计算相应该平均电流的预设量测确认电压以作为该结束点。

7.根据权利要求6所述的电量量测方法，其中该预设时间为5秒。

8.根据权利要求1所述的电量量测方法，还包括：

根据经修正的该设定电量计算该电池的剩余容量百分率。

9.一种电池的电量量测方法，包括：

每隔一预设时间取得多个电池量测参数；

依据该些电池量测参数的至少一个电池量测参数产生一平均电流；

于一查询表中利用该平均电流计算一电压区间的一设定电量；

计算在该电压区间所产生的一实际电量；以及

根据该实际电量与该设定电量的差异来修正该设定电量。

10.根据权利要求9所述的电量量测方法，其中该查询表储存有多个预设平均电流以及关于满电压至截止电压的信息。

11.根据权利要求10所述的电量量测方法，其中在“于该查询表中利用该平均电流计算该电压区间之该设定电量”的步骤，倘若该平均电流落在该查询表的一第N电压区间与一第N+1电压区间之间，运用内差法计算出相应的该设定电量。

12.根据权利要求9所述的电量量测方法，其中该查询表还储存有多个温度信息以及相应各温度信息的电量信息。

13.根据权利要求9所述的电量量测方法，其中该预设时间为5秒。

14.根据权利要求9所述的电量量测方法，还包括：

根据经修正的该设定电量计算该电池的剩余容量百分率。