CN113839434A - 电池控制装置以及电池容量估测方法 - Google Patents

电池控制装置以及电池容量估测方法 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种电池控制装置以及电池容量估测方法。电池控制装置包括电流侦测器以及处理器。电流侦测器侦测电池。处理器电性连接电流侦测器。处理器依据电流侦测器在取样期间侦测电池的电流侦测结果来进行库伦电流积分，以取得积分值。处理器将积分值乘以电池库伦贝塔系数，以取得放电深度。处理器依据放电深度来计算电池的第一相对电荷状态，并且依据第一相对电荷状态来决定电池剩余容量信息。

Description

电池控制装置以及电池容量估测方法
技术领域
本申请是关于一种装置及估测方法，且特别是有关于一种电池控制装置以及电池容量估测方法。
背景技术
一般的电池容量估测大多仅以电池的固定的放电电流及放电时间的长短来判断电池的剩余容量。然而，由于电池的剩余容量还可能受到不同电池温度或不同放电电流大小等因素的影响，并且电池的电池温度及放电电流实际上可能随时间变化，因此当电池的放电电流改变或电池温度改变时，一般的电池容量估测将产生估测误差，而未能提供准确的电池容量估测。有鉴于此，以下将提出几个实施例的解决方案。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种电池控制装置以及电池容量估测方法可有效估测电池容量。
本申请的电池控制装置适于控制并电性连接电池。电池控制装置包括电流侦测器以及处理器。电流侦测器用以侦测电池。处理器电性连接电流侦测器。处理器依据电流侦测器在取样期间侦测电池的电流侦测结果来进行库伦电流积分，以取得积分值。处理器将积分值乘以电池库伦贝塔系数，以取得放电深度。处理器依据放电深度来计算电池的第一相对电荷状态，并且依据第一相对电荷状态来决定电池剩余容量信息。
本申请的电池容量估测方法包括以下步骤：依据电流侦测器在取样期间侦测电池的电流侦测结果来进行库伦电流积分，以取得积分值；将积分值乘以电池库伦贝塔系数，以取得放电深度；依据放电深度来计算电池的第一相对电荷状态；以及依据第一相对电荷状态来决定电池剩余容量信息。
基于上述，本申请的电池控制装置以及电池容量估测方法可将由库伦电流积分所产生的积分值乘以电池库伦贝塔系数来有效估测电池容量。
有关本申请的其它功效及实施例的详细内容，配合图式说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其它的图。
图1是本申请的一实施例的电池控制装置的示意图；
图2是本申请的一实施例的电池可用容量比例与温度的曲线变化图；
图3是本申请的一实施例的电池库伦贝塔系数与温度的曲线变化图；
图4是本申请的一实施例的电池容量估测方法的流程图；
图5是本申请的一实施例的更新电池剩余容量信息的流程图；
图6是本申请的一实施例的第一相对电荷状态与第二相对电荷状态的曲线关系图；
图7是本申请的一实施例的计算开路电压的流程图。
符号说明
100:电池控制装置 110:处理器
120:电流侦测器 130:温度侦测器
140:电压侦测器 150:电池充电器
200:电池
201～203、301～303、601、602:特性曲线
S410～S440、S510～S530、S710～S740:步骤
具体实施方式
为了使本申请的目的、特征及效果更容易理解，以下提供用于详细说明本申请的实施例及图。
图1是依照本申请的一实施例的电池控制装置的示意图。参考图1，电池控制装置100包括处理器110、电流侦测器120、温度侦测器130、电压侦测器140以及电池充电器150。电池控制装置100电性连接电池200，并且适于控制电池200的充放电与电池容量侦测。在本实施例中，电池200可为化学电池(chemical battery)，并且电池200可为可充电电池或不可充电电池。在一实施例中，若电池200为不可充电电池，则电池控制装置100可不包括电池充电器150。在本实施例中，电流侦测器120电性连接电池200，以侦测电池200输出至负载的电流大小。温度侦测器130例如是设置电池200中或贴附在电池200表面，以侦测电池200的电池温度。电压侦测器140电性连接电池200，以侦测电池200输出的负载电压大小。电池充电器150电性连接电池200，以依据处理器110输出的控制信号来决定是否对电池200进行充电。
在本实施例中，处理器110可实现如以下公式(1)、(2)的计算，以取得电池200的放电深度(Discharge of Depth，DoD)，并且接着将放电深度转换为第一相对电荷状态(Relative State-Of-Charge，RSOC)。详细而言，如公式(1)，处理器110可依据电流侦测器120在取样期间(Δt)侦测电池200的电流侦测结果来进行库伦电流积分，以取得积分值(∫I×(Δt))，并且处理器110将积分值乘以电池库伦贝塔系数(β)，以取得放电深度(DoD)。接着，如公式(2)，处理器110可依据放电深度(DoD)来计算电池200的第一相对电荷状态(RSOC_1)。因此，处理器110可依据第一相对电荷状态(RSOC_1)来决定电池200的电池剩余容量信息。在一实施例中，处理器110可通过显示器来显示电池200的电池剩余容量信息。并且，处理器110可依据电池剩余容量信息来判断是否控制电池充电器150来对电池200进行充电。
DoD＝∫I×(Δt)×β………………公式(1)
RSOC_1＝100％-DoD………………公式(2)
图2是依照本申请的一实施例的电池可用容量比例与温度的曲线变化图。图3是依照本申请的一实施例的电池库伦贝塔系数与温度的曲线变化图。先参考图1以及图2，举例而言，电池200的电池可用容量比例(battery available capacity ratio(％))与温度(℃)的关系有如图2的特性曲线201、202、203的特性曲线变化。在图2中，特性曲线201可例如是电池200的电流为0安培(A)(闲置状态)的情况下，电池200的电池可用容量比例随着温度下降而下降。特性曲线202可例如是电池200的电流(充电电流或放电电流)为6.93安培的情况下，电池200的电池可用容量比例随着温度下降而下降。特性曲线202可例如是电池200的电流(充电电流或放电电流)为28安培的情况下，电池200的电池可用容量比例随着温度下降而下降。换言之，电池200的电池可用容量比例正比于电池200的温度值，并且电池200的电池可用容量比例反比于电池200的电池200的充电或放电电流大小。
接着参考图1以及图3，本实施例的电池库伦贝塔系数(β)为电池可用容量比例的倒数。举例而言，电池200的电池库伦贝塔系数(β)与温度(℃)的关系有如图3的特性曲线301、302、303的特性曲线变化。在图3中，特性曲线301可例如是电池200的电流为0安培(A)(闲置状态)的情况下，电池200的电池库伦贝塔系数(β)随着温度上升而下降。特性曲线302可例如是电池200的电流(充电电流或放电电流)为10安培的情况下，电池200的电池库伦贝塔系数(β)随着温度上升而下降。特性曲线303可例如是电池200的电流(充电电流或放电电流)为19安培的情况下，电池200的电池库伦贝塔系数(β)随着温度上升而下降。换言之，电池200的电池库伦贝塔系数(β)反比于电池200的温度值，并且电池200的电池库伦贝塔系数(β)正比于电池200的电池200的充电或放电电流大小。
在本实施例中，如上述图2及图3的特性曲线关系，图1的电池控制装置100可例如预先建立以下表1的第一查找表(Look-Up Table，LUT)。在表1中，电池的不同的温度与不同的电流可例如分别对应于特定的一个电池库伦贝塔系数(β)。也就是说，在本实施例中，当处理器110在计算电池剩余容量信息的过程中，可通过温度侦测器130侦测电池200的温度值。并且，处理器110可依据电流侦测器120侦测电池200的电流值以及温度值来查询如以下表1的第一查找表，以取得对应的电池库伦贝塔系数。接着，处理器110将库伦电流积分结果(∫I×(Δt))乘以电池库伦贝塔系数(β)，以取得放电深度(DoD)，并且将放电深度(DoD)换算为第一相对电荷状态(RSOC_1)。因此，本实施例的电池控制装置100可随着电池温度及充电或放电电流的变化来有效地估测电池200的电池剩余容量信息。另外，本申请的电池库伦贝塔系数(β)并不限于以下表1，以下表1仅用于本实施例的举例说明，以呈现电池库伦贝塔系数(β)相对于电池温度及电流的关系。
温度(℃) 50℃ 25℃ 0℃ -20℃
电流(A) 系数(β) 系数(β) 系数(β) 系数(β)
0.00 1 1.0415783 1.219101 1.583942
1.40 1.049056 1.101508 1.295892 1.721107
2.66 1.110216 1.175108 1.408485 1.960348
2.80 1.117454 1.183897 1.422214 1.9911
4.77 1.23945 1.323495 1.615495 2.368217
6.93 1.40799 1.52001 1.848366 2.788921
7.00 1.414222 1.52736 1.8592 2.814526
10.00 1.505224 1.636339 2.086612 3.386165
表1
图4是依照本申请的一实施例的电池容量估测方法的流程图。参考图4，图4的电池容量估测方法可至少适用于上述图1实施例的电池控制装置100。在步骤S410中，电池控制装置100的处理器110可依据电流侦测器120在取样期间侦测电池200的电流侦测结果来进行库伦电流积分，以取得积分值。在步骤S420中，处理器110可将积分值乘以电池库伦贝塔系数，以取得放电深度值。在步骤S430中，处理器110可依据放电深度来计算该电池的第一相对电荷状态。在步骤S440中，处理器110可依据第一相对电荷状态来决定电池剩余容量信息。因此，本实施例的电池容量估测方法可有效地估测电池200的电池剩余容量信息。另外，关于本实施例的电池控制装置100以及相关运算方式，可参考上述图1至图3实施例的说明而可获得足够的教示、建议以及实施说明，因此不多加赘述。
再参考图1，在本申请的一些实施例中，电池控制装置100还可通过电池200的当前(实时)开路电压(open circuit voltage)来取得第二相对电荷状态，并且利用第二相对电荷状态来更新电池200的电池剩余容量信息。电池200的当前(实时)开路电压随时间变化。具体而言，处理器110可通过电压侦测器140来实时侦测电池200的负载电压，并且依据负载电压来取得电池200的当前开路电压。值得注意的是，处理器110可例如预先建立如以下表2的第二查找表。本实施例的第二查找表可例如是基于不同电流、不同电池温度以及不同开路电压的情况下搭配不同电池老化程度或其他电池因素所实际侦测电池200的真实相对电荷状态(第二相对电荷状态)而所建立的查找表。
在表2中，电池200的不同电流以及不同的电池温度在不同第二相对电荷状态的情况下可分别对应于不同的开路电压(open circuit voltage)。换言之，处理器110在连续计算当前开路电压的过程中，处理器110同时通过电流侦测器120以及温度侦测器130来取得当前电流值以及当前温度值。当处理器110判断当前开路电压在第二查找表中所对应的第二相对电荷状态与第一相对电荷状态不同时，处理器110可将第一相对电荷状态(RSOC_1)更新为第二相对电荷状态(RSOC_2)，以更新电池200的电池剩余容量信息。
Figure BDA0002650724680000061
Figure BDA0002650724680000071
表2
举例而言，假设电池200的当前充电或放电电流为6A，并且电池200的当前电池温度为25℃，当处理器110所实时计算的开路电压为12.07(V)时，处理器110可通过如表2的第二查找表来获知当前开路电压所对应的第二相对电荷状态(RSOC_2)为41％。因此，若处理器110依据上述图4实施例所计算的第一相对电荷状态(例如RSOC_1＝50％)与第二相对电荷状态(例如RSOC_2＝41％)不同时，表示电池200可能发生老化，而使得真实的相对电荷状态可能已经剩下41％。因此，处理器110可将第一相对电荷状态(RSOC_1)更新为第二相对电荷状态(RSOC_2)，以电池200的更新电池剩余容量信息。并且，当处理器110将第一相对电荷状态(RSOC_1)更新为第二相对电荷状态(RSOC_2)后，处理器110可基于第二相对电荷状态(RSOC_2)来计算新的放电深度，并且接续新的放电深度继续进行库伦电流积分，以继续更新电池剩余容量信息。换言之，本实施例的处理器110可对应于电池老化情况而实时地校正电池剩余容量信息。然而，在本申请的一些实施例中，处理器110还可当实时计算的开路电压所对应的第二相对电荷状态(RSOC_2)为0％来比对第一相对电荷状态(RSOC_1)，并且更新电池剩余容量信息，以避免当电池200的电量耗尽时，处理器110因为第一相对电荷状态(RSOC_1)尚未归零，而误判电池200还有剩余电量的情况发生。
另外，值得注意的是，本申请的第二查找表并不限于上述表2。在本申请的一些实施例中，处理器110亦可以通过多次实际量测或内插法的方式来建立对应于更多不同温度以及更多不同电流分别在例如0％至100％的不同第二相对电荷状态下所各别对应的不同开路电压。并且，基于上述说明，本实施例的电池控制装置100可执行如以下图5的流程，来更新电池剩余容量信息。
图5是依照本申请的一实施例的更新电池剩余容量信息的流程图。参考图1以及图5，在步骤S510中，处理器110可计算当前开路电压。在步骤S520，处理器110可判断当前开路电压在第二查找表中所对应的第二相对电荷状态与第一相对电荷状态是否相同。若是，则处理器110重新执行步骤S510，以计算电池200在下一时间点的开路电压。若否，则处理器110执行步骤S530。在步骤S530，处理器110将第一相对电荷状态更新为第二相对电荷状态，以更新电池200的电池剩余容量信息。并且，处理器110可重新执行步骤S510，以继续计算电池200在下一时间点的开路电压。需先说明的是，本实施例的当前开路电压的计算方式将由以下图7实施例来详细说明之。
举例而言，图6是依照本申请的一实施例的第一相对电荷状态与第二相对电荷状态的曲线关系图。搭配参考图6，图6的特性曲线601可例如是对应于随时间变化的第一相对电荷状态，并且特性曲线602可例如是对应于随时间变化的第二相对电荷状态，其中特性曲线602可预先建立。如图6所示，假设电池200为放电状态，因此第一相对电荷状态随着时间而下降。然而，由于电池200的开路电压亦随着时间下降，因此在考虑开路电压变化的情况下，电池200的真实的相对电荷状态可能随时间变化如特性曲线602。换言之，处理器110可在默认判断周期或侦测如上述表2于特定电荷状态或特定开路电压时进行第一相对电荷状态与第二相对电荷状态的比对。
如图6所示，当电池200例如持续放电80分钟时，处理器110可通过上述图1至图4的方式计算第一相对电荷状态为30％，但处理器110以开路电压的方式所计算而得的第二相对电荷状态为20％。换言之，电池200的电池容量在持续放电80分钟后实际为20％，因此处理器110立即将电池剩余容量信息由30％的第一相对电荷状态更新为20％的第二相对电荷状态。并且，处理器110接着基于相对电荷状态为20％所对应的电池200的正确放电深度来继续进行库伦电流积分，以使后续的更新电池剩余容量信息可被正确地更新。
图7是依照本申请的一实施例的计算开路电压的流程图。参考图1以及图7，处理器110可依据本实施例的步骤S710～S740来计算上述图6实施例所述的开路电压。在步骤S710，处理器110通过电压侦测器140侦测电池200的电压。在步骤S720，处理器110判断电池200是否操作在闲置状态(Idle)，例如未进行充电或放电，或未处于大量电能消耗状态。若是，则处理器110执行步骤S730。在步骤S730，处理器110将电池200的负载电压作为当前开路电压。若否，则处理器110执行步骤S740。对此，搭配以下公式(3)、(4)来说明，其中处理器110可例如实现以下公式(3)的计算，来取得电池阻抗(R)，并且例如实现以下公式(4)的计算，来取得当前开路电压(Voc_now)，其中电池阻抗(R)即电池200的内阻。因此，在步骤S740，处理器110依据电流侦测器120以及电压侦测器140所侦测的电池200的电流变化(ΔI)以及电压变化(ΔV)来计算电池200的电池阻抗(R)，并且将当前电流值(I)乘以电池阻抗(R)后加上负载电压(V_load)，以取得当前开路电压(Voc_now)。
Figure BDA0002650724680000091
Voc_now＝I×R+V_load………………公式(4)
因此，本实施例的计算开路电压的流程可有效取得电池200在闲置状态或非闲置状态下的当前开路电压。并且，在本申请的一些实施例中，由于处理器110在步骤S740取得的电池阻抗(R)即为电池200的内阻，因此处理器110还可依据在不同时间点所计算电池阻抗(R)的阻抗变化结果来评估电池200的电池老化程度。
综上所述，本申请的电池控制装置以及电池容量估测方法可通过进行库伦电流积分以及预先建立考虑有电池温度及充电或放电电流影响的电池库伦贝塔系数的查找表，以取得第一相对电荷状态来有效估测电池的电池剩余容量信息。并且，本申请的电池控制装置以及电池容量估测方法还可预先建立有关于电池的开路电压的第二相对电荷状态，以用于校正基于前述第一相对电荷状态所估测的电池剩余容量信息，而可使电池的电池剩余容量信息的估测还可进一步考虑电池老化或其他电池因素的影响，以提供准确的电池容量估测功能。
以上所述的实施例及/或实施方式，仅是用以说明实现本申请技术的较佳实施例及/或实施方式，并非对本申请技术的实施方式作任何形式上的限制，任何本领域技术人员，在不脱离本申请内容所公开的技术手段的范围，当可作些许的更动或修饰为其它等效的实施例，但仍应视为与本申请实质相同的技术或实施例。

Claims (20)

1.一种电池控制装置，适于控制并电性连接一电池，其特征在于，该电池控制装置包括：
一电流侦测器，用以侦测该电池；以及
一处理器，电性连接该电流侦测器，
其中该处理器依据该电流侦测器在一取样期间侦测该电池的一电流侦测结果来进行一库伦电流积分，以取得一积分值，并且该处理器将该积分值乘以一电池库伦贝塔系数，以取得一放电深度，
其中该处理器依据该放电深度来计算该电池的一第一相对电荷状态，并且依据该第一相对电荷状态来决定一电池剩余容量信息。
2.根据权利要求1所述的电池控制装置，其特征在于，更包括：
一温度侦测器，电性连接该处理器，并且用以侦测该电池的一温度值，
其中该处理器依据该电流侦测器侦测该电池的一电流值以及该温度值来查询一第一查找表，以取得该电池库伦贝塔系数。
3.根据权利要求2所述的电池控制装置，其特征在于，该电池库伦贝塔系数为一电池可用容量比例的倒数，并且该电池可用容量比例正比于该电池的该温度值。
4.根据权利要求1所述的电池控制装置，其特征在于，当该处理器判断一当前开路电压在一第二查找表中所对应的一第二相对电荷状态与该第一相对电荷状态不同时，该处理器将该第一相对电荷状态更新为该第二相对电荷状态，以更新该电池剩余容量信息。
5.根据权利要求4所述的电池控制装置，其特征在于，当该处理器将该第一相对电荷状态更新为该第二相对电荷状态后，该处理器基于该第二相对电荷状态来计算一新的放电深度，并且接续该新的放电深度继续进行该库伦电流积分，以继续更新该电池剩余容量信息。
6.根据权利要求4所述的电池控制装置，其特征在于，该第二相对电荷状态为41％或0％。
7.根据权利要求4所述的电池控制装置，其特征在于，更包括：
一电压侦测器，电性连接该处理器，用以侦测该电池，
其中该处理器依据该电池的一负载电压来决定该当前开路电压。
8.根据权利要求7所述的电池控制装置，其特征在于，当该电池操作在一闲置状态时，该处理器将该负载电压作为该当前开路电压，
其中当该电池操作在一非闲置状态时，该处理器依据该电流侦测器所侦测的该电池的一电流变化以及一电压变化来计算该电池的一电池阻抗，并且该处理器将该当前电流值乘以该电池阻抗后加上该负载电压，以取得该当前开路电压。
9.根据权利要求8所述的电池控制装置，其特征在于，该处理器依据该电池阻抗来判断该电池的一电池老化程度。
10.根据权利要求1所述的电池控制装置，其特征在于，更包括：
一电池充电器，电性连接该处理器，
其中该处理器依据该电池剩余容量信息来判断是否通过该电池充电器对该电池进行充电。
11.一种电池容量估测方法，其特征在于，包括：
依据一电流侦测器在一取样期间侦测一电池的一电流侦测结果来进行一库伦电流积分，以取得一积分值；
将该积分值乘以一电池库伦贝塔系数，以取得一放电深度；
依据该放电深度来计算该电池的一第一相对电荷状态；以及
依据该第一相对电荷状态来决定一电池剩余容量信息。
12.根据权利要求11所述的电池容量估测方法其特征在于，将该积分值乘以该电池库伦贝塔系数，以取得该放电深度的步骤包括：
通过一温度侦测器侦测该电池的一温度值；以及
依据该电流侦测器侦测该电池的一电流值以及该温度值来查询一第一查找表，以取得该电池库伦贝塔系数。
13.根据权利要求12所述的电池容量估测方法，其特征在于，该电池库伦贝塔系数为一电池可用容量比例的倒数，并且该电池可用容量比例正比于该电池的该温度值。
14.根据权利要求11所述的电池容量估测方法，其特征在于，更包括：
当判断一当前开路电压在一第二查找表中所对应的一第二相对电荷状态与该第一相对电荷状态不同时，将该第一相对电荷状态更新为该第二相对电荷状态，以更新该电池剩余容量信息。
15.根据权利要求14所述的电池容量估测方法，其特征在于，更包括：
当该第一相对电荷状态更新为该第二相对电荷状态后，基于该第二相对电荷状态来计算一新的放电深度，并且接续该新的放电深度继续进行该库伦电流积分，以继续更新该电池剩余容量信息。
16.根据权利要求14所述的电池容量估测方法，其特征在于，该第二相对电荷状态为41％或0％。
17.根据权利要求14所述的电池容量估测方法，其特征在于，更包括：
通过一电压侦测器侦测该电池；以及
依据该电池的一负载电压来决定该当前开路电压。
18.根据权利要求17所述的电池容量估测方法，其特征在于，依据该负载电压来决定该当前开路电压的步骤包括：
当该电池操作在一闲置状态时，将该负载电压作为该当前开路电压；以及
当该电池操作在一非闲置状态时，依据该电流侦测器所侦测的该电池的一电流变化以及一电压变化来计算该电池的一电池阻抗，并且将该当前电流值乘以该电池阻抗后加上该负载电压，以取得该当前开路电压。
19.根据权利要求18所述的电池容量估测方法，其特征在于，更包括：
依据该电池阻抗来判断该电池的一电池老化程度。
20.根据权利要求11所述的电池容量估测方法，其特征在于，更包括：
依据该电池剩余容量信息来判断是否通过一电池充电器对该电池进行充电。
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