TW201105993A - Battery capacity estimation by DCIR - Google Patents

Description

201105993 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 流的嫩路’所量測直流二= 【先前技術】 電％、是—切可攜式電子裝置動力來源，舉凡：行動 使用二次電=;===:充電的方式，亦即 改變，化’最ΐ看見也最容易察覺的就是内阻的 因為内’。靖老化的電池都是 次，甚次電池通常可被重覆充電數百 报多，ίίίίίίίΓ來的制無所不在，儘管㈣池優點 電，如果過度====;二度充=過度放 結構，最後可能使得雷、錢升南’而破壞電池 〇靡時，叙即停it 鲍上制4義 立即π 电）電池電壓如果降至2.3-+0.lv以下，要 免電池過度放電而損毁電池的使用壽命。 開路兩^ \讀到的電池錢V°EU未必能真實反映電池的 内^所二ίΐ的原因是電池的特性具有一内電阻I。該 电 、的電塵值和充電的電流或放電電流I有關，-如 201105993 下列方私式所表示：

Vbat = V〇c +I^Rint 充值約有100 ra歐姆之多。如此當 ί 電 ""，則當電池電壓V°c實際值是4. IV，所量 卩是42v。另—方面若是發生於放電的時候，所 董到的電池電壓Vbat則是4·〇ν，因為此時電流1是_1八了保 因此，若不把電池内阻的因素列入考量，充電器就 池充電不足或者放電過頭的問題’另外對於電池電量二外 异，也會因電池内阻值不準因而電池電量的計算不準。 +目此如何準癌量測一經過細充放電後而逐漸辦加的 =池内阻，成為電池管理之晶片設雜重要的—部份。狹而先 則發表過的-些技術，在複雜度及精確度技有改進空間。如 職n㈤使關方法⑽832171)絲_餘放電容 里及老化程度，其量測方法如下所述： ^參考圖-所示’一電池包(battery㈣包含電池組 10、電池管理系統20、充放電電晶體40及電組5〇，此恭 池包對負載30(system load)進行放電，其大小為w 組兩端的電壓為VBAT。電流流經電組5〇 ’量測餘50的兩端 電壓可以得到1麵。量測電池組1〇之開路電壓I,可以得到 電池之直流内阻DCIR=(V〇c — VBAT)/I_。 請參考圖二所示，於放電過程中，當放電深度（D0D. 如pth of discharge)介於0〜80%時，每10%記錄直流内阻R 值，當放電深度介於80〜100%，每3. 3%記錄R值，電流大小 對R之影響以百分比補償。其中〇cv為電池組之開路電壓，砍 為電池之開路電壓減電池組兩端的電壓，亦即Vqc _Vm。 R值儲存表分兩類：（1) Ra Table :沒有溫度修正的R 值，（2)Rb Table :經過溫度修正的r值。 然而此德州儀器（TI)使用的方法是基於系統負載電流 201105993 性’採用此方法所得的資料複雜不易分析得 有鑑於此，本發明提供一種 内阻，以量測電池電量的方法。疋敌U斤里传之電池直流 【發明内容】 树明係關於一種電池電容量的量測方法。特別是 ㈣池的放電迴路’所量測直流内阻DCIR來得到 、=、方法’可免除线貞载鶴造成的量測誤差。 個访調電池之開路電|v〇c’驗在電賴組中建立- 電池的放電電流為-固定值w，量测當時 的代人下列直流内阻公式 池之絲電絲，上财法轉—充飽電 止4疋：=，，用一定額電流將此電池放電到-截 依此I測此電池之全充容量FCC(Full charge =P=ity )。重複彳練充放電過程’每完全充放電—定次數後 里測記錄此，充飽電池之固定電流内阻DCIR及全充容量FCC， 立充飽鐘電池之固定電流内阻和全充容量對應於充放 电二人數之表格，此為第一表袼。 接下來再旱-顆新的趣電池充餘，量測其固定電流内阻 值DCIR ’查第一表格得知此電池之全充容量Fcc。接著以一定 額度電流每放電削之敗值，記錄-次電池之固定電流内 阻DCIR ϋ測到電池電量用完’得到—組電池内阻dcir 對應放弘深度D0D(Depth of Discharge)之資料，此為第一資 料。接下來將電池完全級電1()次後，重複上述電池味卿 對應放電深度D0D量測步驟，建立一第二資料，如此一直下去 201105993 每10次完全充放電後建 苐 資 池老化到不堪使用後停止上二〗”貝科列...直到電 料，建立-第二表格。〔正上相―、第二 -表格帽細謂，可對應第 對應資料列，在放電擁t σ’要在上雜二表格中的 谐m —要㈣電池内阻dcir，即可知 迢其放㈣度，進而計算出剩餘電量（HX3D)。 γ 制的量顺件可得_餘酿的一致性 化分析鱗納，_電池_可使狀放電容 里以及老化程度的估測較準確也較料。.甩奋 【實施方式】 請參考圖三之電池模組，一電池句 ί電:匕;3管理系統25、充放電電晶體J電i ί=ϊί;該;晶 s?s=== 電電、構成-放電迴路’使得該電池組有一該放 定電汽i曰:ΐί~!ΐ Γη ί以以單位脈衝偏壓控制而得到固 二’值r ^為Ipd，因而使得㈣池的放電電流為-固 接著將一新的鋰電池充電充飽，使用上述方法量得一 201105993 mDCiR ? iWSc^,bt

ίΐ;f ί iIt fT-J ^CCPun charge -a數德循環充放電過程，每完全充放電一些 之’電流内阻D™及全充容 i^FCC對應於充放電次數之表格^ cycle count 0 10, 30 50 100 150 200 300 500 DCIR (mOhm) 100 102 104 107 110 114 119 125 132 FCC 10000 9980 9960 9930 9900 9860 9810 9750 9680

將此第一表格之資料繪成圖表，如圖五所示。 ㈣η?1!來再拿r顆新的_池充飽，量測其固定電流内 、，查上述第一表格得知此電池之全充容量FCC。接著 以一定=電流放電，每放電1〇 % iFCC電量，記錄一次電 池之固疋電加_内阻DCIR，如此一直放電直到一戴止電壓，得 到、，且电/也内阻對應放電深度D0D(Depth of Discharge)之 資料，此為第一資料，如下表所示：

Discharge DOD ——— Current u% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 1.5A 112 108 105 101 97 94 88 85 84 80 83 2A 1U3 100 98 94 92 88 84 82 78 77 80 3A C A '^ 101 99 98 94 92 89 84 82 78 77 79 5A ——j 99 98 96 93 91 88 84 82 79 77 79 將上表之資料纟會成圖表，如圖六所示。 接下來將電池完全充放電10次後，重複上述電池内阻 DCIR對應放電深度D〇D量測步驟，建立一第二資料，如此一 201105993 直下去每ίο次完全充放電後建一第三 〃 一 5池老化到不堪使用後停止，匯整第直到 資料，建立一第二表格。 、弟二、第三...... 任一鋰電池，充飽後量得固定 弟-表格得到其全充容量Fcc，接，可對應 ，，中的對應資料列，所以在放電ί程中述第 巧DCIR，即可知道其放電深度 、池内 (1-DOD)。 逆向叶异出剩餘電量 本發明有以下優點： 1·對電池施以一固定且較大的放電 阻的量測可以容易獲得，每 2使侍直k电 簡化計算法則。 母人的里測的條件相同，有助於 電阻的量測可以容 穩定 i 内阻量測之誤差較大。“™之計i‘ ΐσ〇Τί；!Γ不變時，電流愈小1_，所得到的電壓^愈 本發明之電流值可以穩定的達到電的 =〜簡，可比使用系統動態放電電流的方法得額到-二= 準確度。一般4000邊的電池，採用約从〜6人的放電電流。 4. DCIR放電電流的時間可控制，因此不會造成電ς的 $舞，?會造成功率晶體過熱。假設電池容量是棚邊，腿 置測日守間Tl=(Usec，若每次放電間隔時間T2=6〇〇sec， IBAT=4000mA，·則實施本發明將消耗〇. 〇16%的電容量。並不會 造成使用者負擔。 θ 〇 其計异如下：〇_ lsec / 600sec X 4000 / 4000 = 〇. 〇16 % 201105993 以得到較用電池的習慣動態調整放電週期， 旦沾明6;，大的放電電流量測的直流内阻阻值盥雷、、也入右六 電容量及老化程度二因曲使用之放 =程中，當放電深細D)介“：二 發明‘==!:=例，?用以限定本 精神與範園内所作之修改，均應包s下5ϊϊί 【圖式簡單說明】 及此5ί;:ί=2述^所附圖式’將可輕易明瞭上述内容 圖-為係為習知電池内阻量測示意圖。 圖-為係為習知電池内阻對應放電深度_之量測資料示意 圖。 圖二為係為本發明電池直流内阻量測一較佳實施例示意圖。 圖四為係為本發明之電池固定放電電流示意圖。 msch圖明之電池内阻對應放電深度卿一。f 201105993 【主要元件符號說明】 20、25電池管理系統 40、45充放電電晶體 10、15電池組 30、35系統負載 50、55電阻 65放電電晶體

Claims (1)

1. "uU〇5993 七、 申請專利 範圍： 法至少也包内電池組之直流内阻題的方法，該方 包内2含—電池管理系統，且該電池管理系統内 量測該電池組之開路電壓Vgc; uT;啟動极電回路，使得該電池組之放電電流為-固定值 臺硎電池組兩端的電壓vbat;& 得入下列公式DCIR=(v°c ~ν_/ι『求 口疋电流下之直流内阻DCIR。 2. 電 回路專利範圍第1項之直流内阻Dcif^測方法，該放 極，該電ϊίίΐίΐί端連接至—電晶體或功率電晶體之l電 連接至一：，極連接至-控制電壓，該電晶體之另外一電極 1點，：=測5 ί ’該電阻之另外一端連接至該電池組之另 冓成放电迴路，使得該電池組有一該放電電流ιΒΑΤ。 3法至少也包内電池組之直流内阻DCIR的方法，該方 包^電^也電包回内路包含一電池管理系統’且該電池管理系統内 量測該電池組之開路電壓Voc ; 將該電池包電池輸出兩端連接一負載； 量測負載電流1_); 流電為，設定1"使得電池組之放電電 量測電池兩端的電壓νΒΑΤ;及 ^夺V二、IBAT及Vbat代入下列公式DCIR=(v〇c —v附)/〗贴， 侍一固疋龟流下之直流内阻DCIR。 瓦 11 201105993 t攸ίΐ?專利範圍第3項之直流内阻腿量測方法，該放 電端連接至—電晶體或功率電晶體之一電 連接至一控制電壓，該電晶體之另外-電極. 該電阻之另外一端連接至該電池組之另 -祕以構成-放電迴路，使得該電池組有一該放電電流Ibat。 f範圍第3項之直流内阻dcir量測方法，該負 载1々丨大牯，該放電回路放電Ipd變 小時，該放電回路放電Ipd變大，使得Ibat之大小:載-;腦- DCIRt ^ 包含下列步驟： arge Capacity)的方法’該方法至少 於充流内阻順及全充容量FCC對應 ^得-待測锂電池，將其充飽電； i測該鐘電之直流内阻DCIR ;及 到其r圖表，利用量得之直流内阻咖，查得 FCC的方包電池組之全充容量 a•取得-顆新至少包含下列步驟： b.將此電池充餘電； 該電池之直流内阻DCIR並記錄之； 止流1_將該電池完全放電到達截 乘以放^η τ ^電池放料間Τ·，將電流Ιβατι 該電池之充全充容量圓- e.重複上述b. c. d之步驟，—直重複到第一預定次 12 201105993 數後停止’將s己錄之資料建立一充飽鐘電池之直流内 阻DCIR及全充容量FCC對應於充放電次數之圖表。 8. 申請專利範圍第7項之量測鋰電池包内電池組之直流内 阻DUR的方法’該方法至少包含下列步驟： s亥電池包内包含一電池管理系統，且該電池管理系統 匕含一放電回路； 取得一待測鋰電池，將該電池充飽； 量測該電池組之開路電壓V〇c; 啟動該放電回路，使得該電池組之放電電流為一固定 Ibat; ^ 量測電池組兩端的電壓VBAT;及 ⑺將Voc、―及vBAT代人下列公式DCiR=(V()c —Vbat)/Iba”求 得—固定電流下之充飽鋰電池之直流内阻DCIR。 9. 、本甘如申請專利範圍第7項之量測鋰電池包全充容量FCC的方 法，八中上述之第一預定次數為介於200到2000次之間。

   H土一用固定電流直流内阻DCIR量測鐘電池包剩餘電量 的方法，该方法至少包含下列步驟： 里 提供一充飽鋰電池之直流内阻DCIR及全充容量FCC 於充放電次數之第一圖表； 心 提供—鋰電池直流内阻DCIR與鋰電池放電深度之第二 圖表； ，得一待測鋰電池，將該電池充徵； 量取該充飽電池之内阻值DCIR; 使用第一圖表得到該電池之全充容量FCC; 利用所得到之全充容量FCC，查得在該第二圖表中的斟 應資料列； 將該電池放電； 13 201105993 量測該電池之直流内阻dcir ;及 利用所得到之直流内阻DCIR及在該第二圖表中的對應 資料列，即可知道該電池之放電深度，進而計算出剩餘電量 (1-D0D) ° 11· 如申請專利範圍第10項之量測鋰電池包剩餘電量的方 法，該上述之第二圖表之建立，至少包含下列步驟： a. 取得一待測鋰電池； b. 將該電池充飽； c·量測該充飽電池之直流内阻DCIR; d·利用該直流内阻DC丨R及該第一圖表得該電池之全充 容量FCC; j·將該電池以一第一固定電流放電，每放電1〇 %<FCC 電量，記錄一次該電池之直流内阻沉⑺，一直量測到電池 到達截止電壓後停止，得到一組直流内阻DCIR對應放電深 度 DOD(Depth of Discharge )之資料； f.將該電池完全充放電第二預定次數後，重複上述直流 ^阻fCIR對應放電深度D〇D之量測步驟b. c. d. e，建立一 ^二資料，每完全充放電第二預定次數後，重複上述 建r新資料’直_電池總共完全充放電達到 弟二預定次數後停止；及 表f.匯整上述第―、第二、第三·.·.·.資料，建立-第二圖 12. 法 兮_?十申”1項之量測鋰電池包剩餘電量的力 。亥上述之弟-圖表之建立，至少包含下列步鐵： a.取得一顆新的鐘電池； b·將此電池充飽電； t Ϊ f該充飽電池之直流内a DCIR並記錄之; 止額電流1_賴*絲全放電到達 包堡後停止，記錄該電池放電_ T·，將電流 201105993 乘以放電時間tdisc，得該電池之充全充容量F(X= Ib奶 X Tdisc並記錄之；及 e•重複上述b. c. d之步驟，一直重複到第一預定次 數後停止，將記錄之資料建立一充飽鋰電池之直流内 阻DCIR及全充容量FCC對應於充放電次數之圖表。 t申清專利範圍第12項之量測鍾電池包剩餘電量的方 法，該直^内阻DCIR的量測方法至少包含下列步驟： ^^包内包含-電池管理魏，且該電池管 包含一放電回路； • 量測該電池組之開路電壓Vgg; . ^啟動該放電回路，使得該電池組之放電電流為一固定值 量測電池組兩端的電壓vBAT;及 將 W及 Vmt代入下列公wCIRKV〇c _Vmt)/Ibat 件一固疋電流下之電池内阻值DCIR。 為 量的方法， 15