TW201734493A - 電池健康狀況偵測方法及其電路 - Google Patents

Abstract

一種電池健康狀況偵測方法及其電路，其透過直流電阻法及交流阻抗法來分別計算出電池的內阻，其內阻包含有歐姆電阻、電荷轉移電阻及質傳阻抗。當電池老化時，極板活性物質的減少、隔板的阻塞、電解質的老化等都會反應到電池內阻上。由於電池的歐姆電阻通常只有幾毫歐姆，因此本案採用直流電阻法來量測歐姆電阻，利用直流電阻法能獲得較高準確性之歐姆電阻的優點。再者，使用交流阻抗法並採用低頻的交流測試訊號來量測電荷轉移電阻及質傳阻抗。此後依據歐姆電阻、電荷轉移電阻及質傳阻抗計算出電池健康狀況(State of Health，SOH)，並與電池老化資料庫作比對，作為電池剩餘壽命之預估。

Description

電池健康狀況偵測方法及其電路

本發明屬於一種電池健康狀況偵測方法及其電路，尤指係一種高準確度估測電池壽命的電池健康狀況偵測方法及其電路。

電流流過電池內部所受到的阻力，稱為電池內阻。電池內阻愈大，電池內部所產生的焦耳熱愈大，將造成電池溫度升高，導致電池充放電性能及壽命之降低。電池內阻是衡量電池性能的重要指標，內阻愈小，電池放電能力愈強。內阻愈大，電池放電能力愈弱。

請參閱第1圖所示之電池等效電路1，電池等效電路1中的電池內阻是由歐姆電阻（Ohmic Resistance）、電荷轉移電阻（Charge Transfer Resistance）及質傳阻抗（Mass Transfer Impedance）所組合而成，其中，圖示中的為電池內電動勢（Electromotive Force），為歐姆電阻，為電荷轉移電阻，為質傳阻抗，為電雙層電容（Double Layer Capacitance）及為電池端電壓。

歐姆電阻主要是由電極電阻、電解質電阻、隔板電阻及連接線電阻組成。歐姆電阻所引起的壓降，跟充放電電流大小成正比，一旦電流中斷，此壓降也瞬間消失。在充放電過程中，電池內部離子移動時所受的阻力稱為質傳阻抗，離子是藉由擴散(Diffusion)及漂移(Migration)作用來進行移動，擴散是由電解質濃度差所造成，漂移則受電場作用力所影響。在進行化學反應時，電解質與電極間電荷轉移時所受的阻力稱為電荷轉移阻抗，當電極的表面積愈大時，電荷轉移阻抗愈低。

一般而言，減少電池壽命的原因有諸多因素，如大電流充電、大電流放電、過度充放電、環境溫度、長期擱置、充電不足、充放電過程中活性物質轉變成不可逆的物質、電極板柵腐蝕、電解質老化、以及隔板阻塞等。

習知針對電池壽命的估測方法有直流電阻法（DC Resistance Method）及交流阻抗法（AC Impedance Method）。習知直流電阻法是利用電池輸出電流變化及電壓的變化，以計算出電池內阻值，即為電壓的變化值除以電流變化值，。然而所量測到的內阻值大小，將隨電池放電測試持續時間(T)的長短有關，當T小於10毫秒 (Milliseconds ，ms)時，所量測到的內阻為歐姆電阻；若T接近0. 1~10秒時，所量測到的內阻包括歐姆電阻及電荷轉移電阻；當T非常長至幾分鐘以上時，則所量測到的內阻包括歐姆電阻、電荷轉移電阻及質傳阻抗。

接續，直流電阻法是一種極高準確性的量測方法，使用直流電阻法量測電池的歐姆電阻時，只需要極短的量測時間，通常為10ms以內，即可測出歐姆電阻。但是，當要量測電池的電荷轉移阻抗及質傳阻抗時，則需要較長的量測等待時間(Minutes)，量測等待時間愈長，則電池所消耗的電量愈大。

而習知交流阻抗法量測的技術是對電池注入交流信號，此後觀察電池注入訊號後電壓及電流變化，根據電池電壓及電流的變化值計算出其阻抗。再者，交流阻抗法在量測過程中，不會消耗電池的電量。因為交流信號正半週對電池充電，而負半週則是放電，故不會影響電池電量，非常適合使用在即時On-line監控系統上。目前市面上電池內阻量測儀器，通常使用頻率為一千赫茲(Hz)的交流信號源，在此頻率下，其所量測到的電池內阻為歐姆電阻，依據此歐姆電阻值來作為電池老化之判斷。然，此種方法雖然簡單，但卻存在相當程度的誤差，因為其評估判斷的依據僅是以電解質與電擊板介面之歐姆電阻值，這只能說明電解質與電極板介面的老化現象，而對於電池其他元件的老化行為則無充分說明，如電荷轉移電阻及質傳阻抗，以至於無法有效準確判斷電池剩餘壽命。

如上所言，習知的直流電阻法若要測得歐姆電阻、電荷轉移電阻及質傳阻抗時則具有消耗電量大之缺失，而習知的交流阻抗法無法有效測得電荷轉移電阻及質傳阻抗而有無法準確判斷電池剩餘壽命的缺失，故習知電池內阻的量測方法有加以改良之必要。

本發明的目的在於提出一種利用直流電阻量測法測得電池的歐姆電阻，此後利用交流阻抗量測法並採用低頻的交流測試訊號來測得電池的電荷轉移電阻及質傳阻抗，此後同時利用歐姆電阻、電荷轉移電阻及質傳阻抗來判斷以作為電池剩餘壽命之預估，藉此得到高準確度估測電池壽命的電池健康狀況偵測方法及其電路。

根據前述目的，本發明提出一種電池健康狀況偵測電路，其包含有一電池單元、一電容、一雙向轉換單元、一第一電壓偵測單元、一電流偵測單元、以及一控制單元。其中，該電池單元包含有一電池。該電容電性連接該電池。該雙向轉換單元電性連接在該電池與該電容之間。該第一電壓偵測單元並聯該電池。該電流偵測單元電性連接在該雙向轉換單元與該電池一端之間，該電流偵測單元串聯該電池。該控制單元電性連接該雙向轉換單元、該第一電壓偵測單元及該電流偵測單元，該控制單元包含有一直流電阻偵測模組，以及一交流阻抗偵測模組。該直流電阻偵測模組電性連接該第一電壓偵測單元及該電流偵測單元。該交流阻抗偵測模組電性連接該第一電壓偵測單元及該電流偵測單元。

進一步地，更包含有一並聯該電容的第二電壓偵測單元，該控制單元電性連接該第二電壓偵測單元。

進一步地，更包含有一電性連接該電容與該控制單元的AC/DC轉換單元，以及一電性連接該AC/DC轉換單元的外部交流電源，該電容電性連接在該AC/DC轉換單元與該雙向轉換單元之間，該AC/DC轉換單元電性連接在該外部交流電源與該電容之間。

進一步地，該控制單元設為晶片或微處理器。

再者，本發明提出一種電池健康狀況偵測方法，其包含有以下步驟：

步驟一：使一電池瞬間經一雙向轉換單元放電，並將放電能量儲存於一電容；

步驟二：量測該電池放電的電壓瞬間變化量及電流瞬間變化量；

步驟三：將該電壓瞬間變化量除以該電流瞬間變化量，藉此得到該電池的歐姆電阻；

步驟四：對該電池注入一為低頻訊號的交流測試訊號；

步驟五：量測該電池的交流電壓及交流電流；

步驟六：將該交流電壓除以該交流電流，藉此得到該電池的交流阻抗，進而得到該電池的電荷轉移電阻及質傳阻抗；

步驟七：將該歐姆電阻、該電荷轉移電阻及該質傳阻抗帶入一電池健康狀況(State of Health，SOH)方程式， ；其中，代表為初始歐姆電阻；代表為初始電荷轉移電阻；代表為初始質傳電阻；、、代表為加權值；代表為步驟三得到的該歐姆電阻；代表為步驟六得到的該電荷轉移電阻；代表為步驟六得到的該質傳阻抗；以及 步驟八：透過該電池健康狀況方程式來判斷該電池的健康狀況。

進一步地，於步驟一至步驟三之間更包含有一步驟：偵測該電容的能量是否有損耗。

進一步地，於步驟一至步驟三之間更包含有一步驟：電性連接一外部交流電源，透過該外部交流電源補充該電容上的能量損耗。

進一步地，於步驟三與步驟四之間更包含有一步驟，將該電容中儲存的能量回充至該電池。

進一步地，該交流測試訊號之頻率低於1赫茲(Hz)。

進一步地，該控制單元設為晶片或微處理器。

本發明的特點在於：

1.本案是採用低頻的該交流測試訊號來測得電池內阻中的該電荷轉移電阻及該質傳阻抗，以改善習知交流阻抗法採用一千赫茲量測無法有效測得電荷轉移電阻及質傳阻抗而有無法準確判斷電池剩餘壽命的缺失。

2.本案利用直流電阻法來量測電池內阻時，僅透過些許時間來測得歐姆電阻，並結合交流阻抗法測得的該電荷轉移電阻及該質傳阻抗，有效改善習知直流電阻法若要測得歐姆電阻、電荷轉移電阻及質傳阻抗時則具有消耗電量大之缺失。

3.本案透過直流電阻法及交流阻抗法來分別計算出電池的歐姆電阻、電荷轉移電阻及質傳阻抗，此後同時利用該歐姆電阻、該電荷轉移電阻及該質傳阻抗帶入該電池健康狀況方程式，藉此得到高準確度估測電池壽命。

4.本案以直流電阻法來量測該歐姆電阻時，會先將該電池放電的能量儲存至該電容，得到歐姆電阻時再將該電容的能量回充至該電池，使該電池的電量不會有減少之虞。

以下配合所附的圖示，詳加說明本發明的結構如何組合、使用，應當更容易瞭解本發明的目的、技術內容、特點及其所達成的功效。

請參閱第2圖所示，係本發明提出的一種電池健康狀況偵測電路20，其包含有一電池單元30、一電容31、一雙向轉換單元40、一第一電壓偵測單元50、一電流偵測單元60、以及一控制單元70。其中，該電池單元30包含有一電池300。該電容31電性連接該電池300。該雙向轉換單元40電性連接在該電池300與該電容31之間，該雙向轉換單元40其中一轉換側的兩端分別電性連接在該電池300的正端與負端，而該雙向轉換單元40相對該電池300的另一轉換側之兩端分別電性連接在該電容31的兩端。該第一電壓偵測單元50並聯該電池300，藉此量測該電池300兩端的電壓。該電流偵測單元60電性連接在該雙向轉換單元40與該電池300一端之間，該電流偵測單元60串聯該電池30，藉此量測該電池300的電流。其中，該電流偵測單元60具有一串聯該電池300的電流量測用電阻(圖未示出)，以及一並聯該電流量測用電阻的電流偵測器(圖未示出)。

該控制單元70電性連接該雙向轉換單元40、該第一電壓偵測單元50及該電流偵測單元60，該控制單元70包含有一直流電阻偵測模組(圖未示出)，以及一交流阻抗偵測模組(圖未示出)。該直流電阻偵測模組電性連接該第一電壓偵測單元50及該電流偵測單元60。該交流阻抗偵測模組電性連接該第一電壓偵測單元50及該電流偵測單元60。

進一步地，該電池健康狀況偵測電路20更包含有一並聯該電容31的第二電壓偵測單元80，且該第二電壓偵測單元80電性連接該控制單元70。在進行該電池300內阻量測時，若該第二電壓偵測單元80測得該電容31上的能量有損耗時，該控制單元70收到該第二電壓偵測單元80之訊息可立即控制該雙向轉換單元40之導通方向，使該電容31上損耗的能量可以補齊。

承上，該電容31上損耗的能量可以透過該雙向轉換單元40之導通方向來選擇用內部電源對該電容31充電，亦可選用外部電源來對該電容31充電。請參閱第3圖所示，係為本發明的另一種實施電路，該電池健康狀況偵測電路20a更包含有一電性連接該電容31與該控制單元70的AC/DC轉換單元90，以及一電性連接該AC/DC轉換單元90的外部交流電源91。該電容31電性連接在該AC/DC轉換單元90與該雙向轉換單元40之間，該AC/DC轉換單元90電性連接在該外部交流電源91與該電容31之間。一旦該第二電壓偵測單元80測得該電容31上的能量有損耗時，該控制單元70收到該第二電壓偵測單元80之訊息可立即控制該AC/DC轉換單元90導通，讓該外部交流電源91對該電容31充電，使該電容31上損耗的能量可以補齊，藉此該電容31之電量回充至該電池300時能使該電池300的電量沒有損失。

請參閱第4圖，係為本案提出的一種電池健康狀況偵測方法21，本案以第2圖所示該電池健康狀況偵測電路20作舉例說明，但並非用來限制本發明。其中，該電池健康狀況偵測方法21包含有以下步驟：

步驟一：使該電池300瞬間經該雙向轉換單元40放電，並將放電能量儲存於該電容31；詳言之，該控制單元70控制該雙向轉換單元40之導通方向使該電池300瞬間經該雙向轉換單元40放電，該電容31儲存該電池300放電的能量；

步驟二：量測該電池300放電的電壓瞬間變化量及電流瞬間變化量；詳言之，該第一電壓偵測單元50量測該電池300放電的電壓瞬間變化量，該電流偵測單元60量測該電池300放電的電流瞬間變化量；

步驟三：將該電壓瞬間變化量除以該電流瞬間變化量，藉此得到該電池300的歐姆電阻；詳言之，透過該直流電阻偵測模組電性連接該第一電壓偵測單元50以擷取該電壓瞬間變化量，以及透過該直流電阻偵測模組電性連接該電流偵測單元60以擷取該電流瞬間變化量，此後將該電壓瞬間變化量除以該電流瞬間變化量，藉此得到該電池300的歐姆電阻；

步驟四：對該電池300注入一為低頻訊號的交流測試訊號；詳言之，該控制單元70控制該雙向轉換單元40之導通方向使其對該電池300注入一為低頻訊號的交流測試訊號，於較佳地實施例中，該交流測試訊號之頻率選用低於1赫茲(Hz)之訊號；

步驟五：量測該電池300的交流電壓及交流電流；詳言之，該第一電壓偵測單元50量測該電池300的交流電壓，該電流偵測單元60量測該電池300的交流電流；

步驟六：將該交流電壓除以該交流電流，藉此得到該電池300的交流阻抗，進而得到該電池300的電荷轉移電阻及質傳阻抗；詳言之，透過該交流阻抗偵測模組電性連接該第一電壓偵測單元50及該電流偵測單元60以分別擷取該交流電壓及該交流電流，此後將該交流電壓除以該交流電流，藉此得到該電池300的交流阻抗，進而得到該電池300的電荷轉移電阻及質傳阻抗；

步驟七：將該歐姆電阻、該電荷轉移電阻及該質傳阻抗帶入一電池健康狀況(State of Health，SOH)方程式， (1) ；其中，代表為初始歐姆電阻；代表為初始電荷轉移電阻；代表為初始質傳電阻；、、代表為加權值；代表為步驟三得到的該歐姆電阻；代表為步驟六得到的該電荷轉移電阻；代表為步驟六得到的該質傳阻抗；以及

步驟八：透過該電池健康狀況方程式來判斷該電池300的健康狀況。

更具體說明本案利用直流電阻法量測該歐姆電阻的步驟，量測時該控制單元70會控制該雙向轉換單元40之導通方向使該電池300瞬間經該雙向轉換單元40放電，該電容31儲存該電池300放電的能量。此後將該第一電壓偵測單元50所測得的電壓瞬間變化量及該電流偵測單元60所測得的電流瞬間變化量傳至該直流電阻偵測模組，利用該直流電阻偵測模組內嵌的程式來計算該電壓瞬間變化量與該電流瞬間變化量之間的比值，藉此得到該電池300的歐姆電阻，即。為了提昇小電阻量測的準確度，因此從待測的該電池300以較大的輸出電流瞬間放電，並藉由控制該雙向轉換單元40使該電池300以定電流脈波放電，且將此放電電能儲存於該電容31上。

一般電池的內阻相當小，通常僅有數十個毫歐姆，尤其大容量的內阻更為低，因此將不易被檢測出。若能提高放電測試之電流，相對的電池輸出電壓變化值也會提高，因此檢測的準確度也會提高，再者，測試之放電電流愈接近正常使用時之負載電流，所得到的內阻值愈能反應電池的健康狀況。另外，為了使該電池300的電量在量測時不會減少，於步驟三與步驟四之間更包含有一步驟，將該電容31中儲存的能量回充至該電池300。本案以直流電阻法來量測該歐姆電阻時，會先將該電池300放電的能量儲存至該電容31，得到歐姆電阻時再將該電容31的能量回充至該電池300，使該電池300的電量不會有減少之虞。

接續，更具體說明本案利用交流阻抗法量測該電荷轉移電阻及該質傳阻抗的步驟，本案該電容31之功能不僅能提供直流電阻量測時之儲能用，亦能當成交流阻抗法量測時之DC端之穩壓用，量測時該控制單元70會控制該雙向轉換單元40之導通方向使該電容31上的直流電壓經轉換成交流電壓來對該電池300注入為低頻訊號的該交流測試訊號，此後該第一電壓偵測單元50所測得的交流電壓及該電流偵測單元60所測得的交流電流傳至該交流阻抗偵測模組，利用該交流阻抗偵測模組內嵌的程式來將該交流電壓除以該交流電流，藉此得到該電池300的交流阻抗，進而得到該電池300的電荷轉移電阻及質傳阻抗，即。換言之，將該電容31的直流能量經由該雙向轉換單元40將直流電能轉換為交流電力，對該電池300注入該交流測試訊號。最後該控制單元70之該交流電抗偵測模組依據該交流電壓及該交流電流來推算出該電池300的電荷轉移電阻及質傳阻抗，進而判斷該電池300的健康狀態。交流阻抗法在量測過程中，由於交流信號正半週對該電池300充電，而負半週則是該電池300放電，所以不會影響該電池300的電量，故非常適合使用在即時On-line監控上。

為了使該電容31在量測該電池300內阻時保持在一固定能量，於步驟一至步驟三之間更包含有一步驟：偵測該電容31的能量是否有損耗。電路上的呈現是將該第二電壓偵測單元80並聯該電容31，該控制單元70電性連接該第二電壓偵測單元80。在進行該電池300的內阻量測時，若該第二電壓偵測單元80測得該電容31上的能量有損耗時，該控制單元70收到該第二電壓偵測單元80之訊息可立即控制該雙向轉換單元40之導通方向，使該電容31上損耗的能量可以補齊。

承上，該電容31上損耗的能量可以透過該雙向轉換單元40來選擇用內部電源對該電容31充電，亦可選用外部電源來對該電容31充電，因此可視情況於步驟一至步驟三之間更包含有一步驟：電性連接該外部交流電源91，透過該外部交流電源91補充該電容31上的能量損耗。實際電路請參閱第3圖所示，電性連接該AC/DC轉換單元90至該電容31，以及電性連接該外部交流電源91至該AC/DC轉換單元90。一旦該第二電壓偵測單元80測得該電容31上的能量有損耗時，該控制單元70收到該第二電壓偵測單元80之訊息可立即控制該AC/DC轉換單元90導通，讓該外部交流電源91對該電容31充電，使該電容31上損耗的能量可以補齊，藉此該電容31之電量回充至該電池300時能使該電池300的電量沒有損失。其增設的該AC/DC轉換單元90及該外部交流電源91不僅能作為補償該電容31的損耗能量，亦能在使用交流阻抗法量測該電荷轉移電阻及該質傳阻抗時作為注入該電池300的該交流測試訊號之電力來源。另外，偵測該電容31的能量是否有損耗，以及電性連接該外部交流電源91，透過該外部交流電源91補充該電容31上的能量損耗等作動只要在步驟四之前將該電容31上的損耗補齊即可，因此在實際應用上，能在每一步驟中或每一步驟之間，例如：在步驟一中補齊或在步驟一與步驟二之間補齊，以此類推。

此後將該歐姆電阻、該電荷轉移電阻及該質傳阻抗帶入如式子(1)所示的該電池健康狀況方程式，並與電池老化資料庫作比對，作為電池剩餘壽命之預估，藉此判斷該電池300的健康狀況。所得到的結果值越接近理想值，則代表該電池300的健康狀況越好，其使用壽命越長。更具體說明，本案式子(1)的分母是量測值，分子是初始值，並假設理想結果值為100%，當計算出來的值越接近100%，則該電池300的健康狀況越好。

進一步地，請參閱第5圖及第6圖所示，係為本案利用步驟一至步驟三等直流電阻量測法所測得的歐姆電阻之模擬數據，其分別以容量80%的電池與容量57%電池作測試。第5圖所示之容量80%電池所測得的歐姆電阻為62歐姆，而第6圖所示之容量57%電池所測得的歐姆電阻為88歐姆。

進一步地，請參閱第7-1圖至第8-2圖所示，係為本案利用步驟四至步驟六等交流阻抗量測法所測得的電荷轉移電阻及質傳阻抗之模擬數據，其分別以容量80%的電池與容量57%電池作測試。第7-1圖及第7-2圖是容量80%電池並分別以頻率為0.05赫茲及0.005赫茲作量測，其中，第7-1圖所示測得的交流阻抗為260毫歐姆，第7-2圖所示測得的交流阻抗為880毫歐姆。而第8-1圖及第8-2圖是容量57%電池並分別以頻率為0.05赫茲及0.005赫茲作量測，其中，第8-1圖所示測得的交流阻抗為310毫歐姆，第8-2圖所示測得的交流阻抗為1150毫歐姆。

於本發明中，是採用低頻的該交流測試訊號來測得該電池300內阻，藉此可獲得該電荷轉移電阻及該質傳阻抗，以改善習知交流阻抗法採用一千赫茲量測無法有效測得電荷轉移電阻及質傳阻抗而有無法準確判斷電池剩餘壽命的缺失。且，利用直流電阻法來量測該電池300內阻時，僅透過些許時間來測得歐姆電阻，並結合交流阻抗法測得的該電荷轉移電阻及該質傳阻抗，有效改善習知直流電阻法若要測得歐姆電阻、電荷轉移電阻及質傳阻抗時則具有消耗電量大之缺失。再者，本案透過直流電阻法及交流阻抗法來分別計算出該電池300的歐姆電阻、電荷轉移電阻及質傳阻抗，此後同時利用三個如該歐姆電阻、該電荷轉移電阻及該質傳阻抗的重要參數帶入該電池健康狀況方程式(如式子(1))，相較於習知技術，本案估測方法可得到高準確度電池壽命的判斷。此外，於本案實施例是先以直流電阻法量測該歐姆電阻，此後再利用交流阻抗法量測該電荷轉移電阻及該質傳阻抗等步驟作舉例說明，而於實際應用上，亦能先以交流阻抗法量測該電荷轉移電阻及該質傳阻抗，此後再以直流電阻法量測該歐姆電阻，其先後順序可彈性調整。

於本案實施例中，該控制單元70設為晶片或微處理器，而該直流電組偵測模組與該交流阻抗偵測模組則內嵌在該控制單元70內。該控制單元70如何控制該雙向轉換單元40之導通方向的程式，或是內嵌用來計算該該歐姆電阻、該電荷轉移電阻及該質傳阻抗的程式皆是現今已非常純熟的技術，並非為本案之主要方向，故不再加以贅述。

綜上所述，本發明可以得到下列特點：

1.本案是採用低頻的該交流測試訊號來測得該電池300內阻，藉此可獲得該電荷轉移電阻及該質傳阻抗，以改善習知交流阻抗法採用一千赫茲量測無法有效測得電荷轉移電阻及質傳阻抗而有無法準確判斷電池剩餘壽命的缺失。

2.本案利用直流電阻法來量測該電池300內阻時，僅透過些許時間來測得歐姆電阻，並結合交流阻抗法測得的該電荷轉移電阻及該質傳阻抗，有效改善習知直流電阻法若要測得歐姆電阻、電荷轉移電阻及質傳阻抗時則具有消耗電量大之缺失。

3.本案透過直流電阻法及交流阻抗法來分別計算出該電池300的歐姆電阻、電荷轉移電阻及質傳阻抗，此後同時利用該歐姆電阻、該電荷轉移電阻及該質傳阻抗帶入如式子(1)所示的該電池健康狀況方程式中，藉此得到高準確度估測電池壽命。

4.本案以直流電阻法來量測該歐姆電阻時，會先將該電池300放電的能量儲存至該電容31，得到歐姆電阻時再將該電容31的能量回充至該電池300，使該電池300的電量不會有減少之虞。

惟前述者僅為本發明的較佳實施例，其目的在使熟習該項技藝者能夠瞭解本發明的內容而據以實施，並非用來限定本發明實施的範圍。故舉凡依本發明申請範圍所述的形狀、構造及特徵所為的均等變化或修飾，均應包括在本發明的申請專利範圍內。

﹝ 習知﹞
1‧‧‧電池等效電路
﹝ 本發明﹞
20、20a‧‧‧電池健康狀況偵測電路
21‧‧‧電池健康狀況偵測方法
30‧‧‧電池單元
300‧‧‧電池
31‧‧‧電容
40‧‧‧雙向轉換單元
50‧‧‧第一電壓偵測單元
60‧‧‧電流偵測單元
70‧‧‧控制單元
80‧‧‧第二電壓偵測單元
90‧‧‧AC/DC轉換單元
91‧‧‧外部交流電源

第1圖：為習知電池等效電路的電路圖。 第2圖：為本發明電池健康狀況偵測電路第一實施例的電路圖。 第3圖：為本發明電池健康狀況偵測電路第二實施例的電路圖。 第4圖：為本發明電池健康狀況偵測方法的流程圖。 第5圖：為本發明以容量80%的電池量測歐姆電阻的波形示意圖。 第6圖：為本發明以容量57%的電池量測歐姆電阻的波形示意圖。 第7-1圖：為本發明以容量80%的電池並以0.05赫茲量測交流阻抗的波形示意圖。 第7-2圖：為本發明以容量80%的電池並以0.005赫茲量測交流阻抗的波形示意圖。 第8-1圖：為本發明以容量57%的電池並以0.05赫茲量測交流阻抗的波形示意圖。 第8-2圖：為本發明以容量57%的電池並以0.005赫茲量測交流阻抗的波形示意圖。

20‧‧‧電池健康狀況偵測電路

30‧‧‧電池單元

300‧‧‧電池

31‧‧‧電容

40‧‧‧雙向轉換單元

50‧‧‧第一電壓偵測單元

60‧‧‧電流偵測單元

70‧‧‧控制單元

80‧‧‧第二電壓偵測單元

Claims (10)

1. 一種電池健康狀況偵測電路，其包含有： 一電池單元，該電池單元包含有一電池； 一電容，該電容電性連接該電池； 一雙向轉換單元，該雙向轉換單元電性連接在該電池與該電容之間； 一第一電壓偵測單元，該第一電壓偵測單元並聯該電池； 一電流偵測單元，該電流偵測單元電性連接在該雙向轉換單元與該電池一端之間，該電流偵測單元串聯該電池；以及 一控制單元，該控制單元電性連接該雙向轉換單元、該第一電壓偵測單元及該電流偵測單元，該控制單元包含有一直流電阻偵測模組，以及一交流阻抗偵測模組；該直流電阻偵測模組電性連接該第一電壓偵測單元及該電流偵測單元；該交流阻抗偵測模組電性連接該第一電壓偵測單元及該電流偵測單元。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電池健康狀況偵測電路，更包含有一並聯該電容的第二電壓偵測單元，該控制單元電性連接該第二電壓偵測單元。
3. 如申請專利範圍第2項所述之電池健康狀況偵測電路，更包含有一電性連接該電容與該控制單元的AC/DC轉換單元，以及一電性連接該AC/DC轉換單元的外部交流電源，該電容電性連接在該AC/DC轉換單元與該雙向轉換單元之間，該AC/DC轉換單元電性連接在該外部交流電源與該電容之間。
4. 如申請專利範圍第1項或第2項或第3項所述之電池健康狀況偵測電路，其中，該控制單元設為晶片或微處理器。
5. 一種電池健康狀況偵測方法，其包含有以下步驟： 步驟一：使一電池瞬間經一雙向轉換單元放電，並將放電能量儲存於一電容； 步驟二：量測該電池放電的電壓瞬間變化量及電流瞬間變化量； 步驟三：將該電壓瞬間變化量除以該電流瞬間變化量，藉此得到該電池的歐姆電阻； 步驟四：對該電池注入一為低頻訊號的交流測試訊號； 步驟五：量測該電池的交流電壓及交流電流； 步驟六：將該交流電壓除以該交流電流，藉此得到該電池的交流阻抗，進而得到該電池的電荷轉移電阻及質傳阻抗； 步驟七：將該歐姆電阻、該電荷轉移電阻及該質傳阻抗帶入一電池健康狀況(State of Health，SOH)方程式， ；其中，代表為初始歐姆電阻；代表為初始電荷轉移電阻；代表為初始質傳電阻；、、代表為加權值；代表為步驟三得到的該歐姆電阻；代表為步驟六得到的該電荷轉移電阻；代表為步驟六得到的該質傳阻抗；以及 步驟八：透過該電池健康狀況方程式來判斷該電池的健康狀況。
6. 如申請專利範圍第5項所述之電池健康狀況偵測方法，其中，於步驟一至步驟三之間更包含有一步驟：偵測該電容的能量是否有損耗。
7. 如申請專利範圍第6項所述之電池健康狀況偵測方法，其中，於步驟一至步驟三之間更包含有一步驟：電性連接一外部交流電源，透過該外部交流電源補充該電容上的能量損耗。
8. 如申請專利範圍第5項或第6項或第7項所述之電池健康狀況偵測方法，其中，於步驟三與步驟四之間更包含有一步驟，將該電容中儲存的能量回充至該電池。
9. 如申請專利範圍第5項或第6項或第7項所述之電池健康狀況偵測方法，其中，該交流測試訊號之頻率低於1赫茲(Hz)。
10. 如申請專利範圍第5項或第6項或第7項所述之電池健康狀況偵測方法，其中，該控制單元設為晶片或微處理器。