TWI333288B - Method and apparatus of controlling for charging/discharging voltage of battery - Google Patents

Description

1333288 九、發明說明·· 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於-種依據電池組之狀態控制功率之方 法’以避免對使用於混合動力車中之電池㈣度的充電以 5 及放電 10 15 【先前技術】 -般而言，混合動力車(HEVs)上會裝載_個電池植， 數十顆串聯在-起之電池，其最大可充電以及放 電功率疋依據電池組之充電組態(s〇c)以及溫度而定的。 :下為決定最大充電/放電功率之實例，該實 電及放電控制|晉，的充 組成的特徵模型來控制。 了内#電阻所 首先，由於電池組之内部電阻 度而改變’該等内部電阻在 皿 藉由一種測試來量測。在二充電組…同溫度下都 流流過該電池”：，… P電阻之方法中，當電 電流而決定4電也^阻值係由—電壓變化除以該 ^ 〇電池▲之實際功率係根據方程式（丨丨蕤ώ ^ 内部電阻而估測。 飞（）藉由s亥 p-i^v = ^LxAV=av^_

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UM1T ~ ^CURRENT 在方程式⑴中，負值表示放電，而 另外’内部電阻卩β分4备— j衣不充電ο 疋依據母一種充電狀態以及溫度的所有 5 20 情形下之内部電阻值的總和，並且可等效成方程式（1)中的 内部電阻值。 同時，每一電池被置入車上時，都具有相同的效能， 如此車上馬達之功率可依據電池組之最大功率來控制。 然而，當行車里程數增加時，電池組中每一電池之效 月&便會產生偏差。因此當充電及放電程序持續的根據電池 組之最大功率來進行時，有些電池會超過其所能承受之最 大功率來進行充電及放電，如同圖1所示。 上述方法中，車上馬達之功率是依據電池組之最大功 率來控制的，所以當動力車；重 > 全 田莉刀早運订時’有部分較劣質之電池 ㈣過度的充電或是放電。這將會加速不同電池之間的效 能差異加大’因而急速的減少電池組之壽命。

L贫明内容J 因此，為了解決上述問題，本發明提供一充電及放電 =置與方法’可依據電池組之狀態而防止電池 如…解決因為部分電池過度充電與放電: k成電池組之哥命減少的問題。 本發明提供一控制電池之充電與放電功率之方法你 包括估測電池之最大功率步驟、量測電池4::;: ㈣限制範圍檢查步驟、以及當檢杳 電壓限制範圍時，控制電池組之充電;放= 1333288 【實施方式】 參考例證現將於本發明之具體實例中詳盡描述。 率二=估計一電池之最大功率，並且利用其最大功 率調正其充電與放電功率。 、首先依據本發明之據以實施例，插述有關—種程序， 用以估計電池最大功率之計算方程式。 一測试者依據動力車杆點拉$ /丨、 咖、時少一電池的充電狀態 (SOC) ’選出電池最大的右 A 瑕大的充電/放電功率，並且偵測充電狀 悲興上述之最大充電/放電功率之間的相關性。 其後’同樣在動力車能行駛時，測試者在許多不同溫 度=情形下，選出電池之最大功率，並且偵測溫度與上述 之最大充電/放電功率之間的相關性。上述測試者在動力車 行駿過程中，依據電池之放電情形，找出電池功率的衰減 速率，並㈣上述衰減速率與電池放電之間的相關性。 15 上述之充電功率與放電功率分別在不同溫度下與充電 狀態對應表示如圖2與圖3所示。圖2為充電功率與充電 狀態在不同溫度下之對照圖，圖3則是放電功率與充電狀 態在不同溫度下之對照圖。因此，在一特定溫度下的功率 可被近似如以下方程式（2)所示。

Power = C0+q* S〇Cl +C2* SOC2 + C3 * SOC3 + C4 * SOC4 + C5 * SOC5 .〇 ..........................-……-……(2) 在方程式（2)中，Cx是個常數，而s〇cX則表示充電狀 遙對應到第X次方。其中’ Cx=F(temp)x是依據溫度而定義 的0 20 1333288

Cx能被近似如以下方程式（3)。 = F(temp)x = D〇+ temp1 +D2* temp1 (3) 在方程式（3)中’ Dx是一個不變的常數，且tempx則表 示溫度對應到第X次方。 藉由溫度與充電狀態之間的相關性，上述充電功率以 及放電功率可表示為電池最大功率Powermax，如方程式（4) 所示。

Powermax = F(S〇C, temp, accumulated discharge Ah) =F(SOC,temp) x F(accumulated discharge Ah) -……---------------------------------------(4) 在方程式（4)中，F(accumulated discharge Ah)表示電池 因為動力車的行駛而造成的衰減速率。 一般而言，電池的衰減是與其使用量成比例的，其特 性如圖4所示，這特性被稱做電池衰減率，並且可以利用 15 以下方程式（5)來模擬。 F(accumulated discharge Ah)= C5k5+ C4k4+ C3k3+ C2k2 +

Clk+CO __________________________________(5) 在方程式（5)，C5到CO皆為常數，k則是落在〇至 300000之間，而且被作為為輸入至方程式中的輸入值時， 20 會改變成落在-1與1之間。 以下為一方程式（5)的實例，用以計算衰減速率： F(accumulated discharge Ah)= -16.3986k5+ 15.0〇26k4+ 13.3074k3- 8.3868k2- 7.96289k+ 82.3028 ° 因此電池之最大功率可方程式（6)來模擬，如下所示。 8 ^0M；erinax = {F(temp)s x SOC5 + F(temp)4 x SOCA + F{temp)z x S〇Cz F{temp\ x SOC2 + F{temp\ xSOC + F(temp)〇}x (C5k5 + C4k4 + C3k2 + C2k2 + C'k + C0) (6) 因此，本發明之實施例係利用方程式（6)將可估測出電 池之最大功率’而且藉由所估測之該電池最大功率及電壓 5 即可決定其充電功率與放電功率。 請參考圖5係本發明一較佳實施例之電池控制裝置 圖。 一控制裝置100係用以判斷電池之充電功率與放電功. 率，換句話說，上述控制裝置i00利用方程式（6)估測電池 10之最大功率與溫度、充電狀態、及衰減速度之關連，並量 測電池之電壓，同時可利用上述之電池最大功率與電壓， 決定其充電功率以及放電功率。 =己憶裝置102儲存了許多訊息，包括了控制裝置 100支處理程式、以及電池組之限制電壓之詳細訊息上 15述限制電壓係依據本發明之實施例對應至每一電池之最 大功率。 伏特计104量測對應於電池組之電壓，並將量測結 果提供給控制裝置1〇〇。 一溫度感應裝置1 〇 6係測量溫度，並亦將結果傳給控制 20 裝置100。 一充電狀態估測裝i 1〇8制古測對應電池之充電狀 態，並且也提供上述估测結果給控制裝置1〇〇。 同時，依據本發明之實施例亦提供上述電池控制裝置 9 1333288 適冨的方法’並在以下詳細描述。 圖6係對應上述實施例之方法流程圖，並請連同圖5 一同參照。 上述控制裝置100藉由溫度感應裝置1〇6以及充電狀 5態估測裝置108分別量測出溫度與充電狀態（S200)，並且 利用上述方私_式（6)估測出電池組的最大功率（s2〇2)。 接著上述控制裝置1〇〇藉由伏特計1〇4量測出電池組 的電壓（S204)。 里測出電池組的電壓之後，控制裝置丨〇〇可將量測 的電池電壓與一限制電壓做比對，上述限制電壓是對應至 ，先存在記憶裝置1〇2中所估計的電池最大功率（S2〇6)。 若有至少一量測的電壓高於預先設定的限制電壓，則上述 控制裝置100降低電池組之有效充電與放電功率。相對 的’倘若有至少一量測的電壓低於預先設定的限制電壓， 15則上述控制裝置100將增加電池組之有效充電與放電功率 _8)。增力σ或是減少的程度可以預先設《，比較適當的 範圍是在2%至ι〇〇/0之間0 田 凊參照圖7係本例之電池電壓區間示意圖，上述之有 j電壓是為了 f池組運作時的安全以及電池壽命。舉例來 兄如圖所不，LG公司之電池組之有效電壓範圍是介於 2.5伏到4.3伏之間，這範圍是會依據公司、電池型號、以 及電池版本之不同而改變的。 當使用估測的電池功率進行充電時，如果電池電 過4.3伏時，控制裝置1〇〇會減低充電功率，並且當電池 10 1333288 電壓低於4_2伏時，控制裝置1〇〇會增加充電功率。反之， 在放電的時候，如果電池電壓低於2 5伏時，控制 會減低放電功率，並且當電池店壓超過2·8 置則會増加放電功率。 制裝 此時，依據本發明之實施例，充電或是放電時功 增加與減少是被控制在2%至1〇%之間。 用這方式，當電池組的電壓在充電或是放電期間 時，電池的功率可依此而調整。如果串聯在-起 好匹配，且充電狀態及溫度都报準確的量 执 Ί電壓在進行充放電時，應不會超出有效值的 视圍。然而’倘若電池電塵超過上述限制電壓，那便可以 判定功率估測是誤差了一特定係數。當電池電壓持續更= 那便有可能發生***或是起火燃燒。因此： 15 20 低於限制電壓之下。 主 請一同參照圖5與圖8,圖8係另一鍤旦，日丨平丄 的方法流程圖。 _里測電池電屬 上述控制裝置1〇〇藉由溫度感應裝置⑽以及充電狀 :测裝i 108分別量測出溫度與充電 利用上述方程式⑹估測出電池組的最大功率⑽2) «上述控制裝置1〇〇藉由伏特計 的電壓（S304)。 』山电心、，-且 當量測出電池組的•厥+ ^ 的電池電壓與一限制電I 制裝置100可將量測 电翌做比對，上述限制電壓是對應至 11 1333288 預先存在記憶裝置1()2中所估計的電池最大功率⑻％)。 若量測的電壓大於預先設定的限制電愿，則上述控制裝置 100降低電池組之有效充電與放電功率。相對的，倘若有 至少一量測的電麗低於預先設定的限制電麼，則上述 5裳置100將增加電池組之有效充電與放電功率⑻岣。增 加或是減少的程度可以預先設定，比較適當的範圍是心 至10%之間。 ° W 產業利用性 10 >同之刖所述’依據本發明，由於使用時間超過預定 時間而造成電池組中的數個電池之間效能產生差異，故當 混合動力車上的電池組具有這種防止過度充電與放電二 ' 彳法後，即可依據低效能之電池組來控制充放電功率，所 卩可避i電池的過度充電與過度放電情开》。因Λ，使用本 15發明是有可能防止電池因為過度充電與過度放電而 電池急速劣質化，並且可增加電池組的壽命。 • i述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所 主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而祕限 於上述貫施例。 20 【圖式簡單說明】 圖1係習知的充電與放電曲線圖，其中，縱轴表示 電與放電，橫轴表示時間。 圖2係充電功率與充電狀態在不同溫度下之對照圖， 12 其中’不同溫度是以不同曲線顯示。 圖3係放電功率與放電狀態在不同溫度下之 、中’不同溫度是以不同曲線顯·示。 ’、?、圖 …圖4係電池功率衰減對應曲線圖，其中，縱軸為 力率比例，橫軸為累積放電量。 圖5係本發明一較佳實施例之電池控制裝置圖。 圖6係本發明一較佳實施例之方法流程圖。

圖7係本例之電池電壓區間示意圖。 圖8係本例之另一方法流程圖。 10 【主要元件符號說明】 控制裝置100 記憶裝置102 伏特計104 溫度感應裝置106 充電狀態估測裝置108 步驟 S200，S202，S204,S206，S208 步驟 S300，S302，S304，S306，S308

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Claims (1)

1333288 第95121148號，98年11月修正痘立_ 修正 [^告本 十、申請專利範圍： 步驟： 5 功率； 一種控制電池充電或放電功率之方法，其包括下列 利用溫度與該電池的充電狀態以估計該電池之最大 量測一電池或電池組之電壓； 春 10 15 一檢查該電池或電池組之量測電壓是否超過一預設 電壓限制，該預設電壓限制係對應至該電池之最大功率； 以及 當該電池或該電池組之量測電壓超過該預設電壓限 制時，控制該電池之充電或放電功率以使該電池或該電池 組之電壓調整為該預設電壓限制。 2·如申請專利範圍第丨項所述之控制電池充電或放 電之方法，其中，該電池之最大功率係由該電池的充電狀 Msoc)、该溫度及該電池之最大功率、以及一電池衰減 率函數之關聯性之一方程式計算而得，其係根據下式中電 池之累積放電量（accumulated discharge Ah)及該電池之最 大功率之關聯性而得： °wermax- F(SOC,temp) x F(accumulated discharge Ah) 0 3.如申請專利範圍第1項所述之控制電池充電或放 電之方法，其中’該控制充電或放電功率之步驟更包括： 降低有效充電與放電功率之步驟，係當至少一量測 電壓尚於忒預設電壓限制時，降低該電池組之充電或放電 20 丄333288 功率；以及 一提高有效充電與放電功率之步驟，係當該至少一量 測電壓低於該預設電壓限制時，提高該電池組之充電或放 電功率》 5 4. 一種電池控制裝置，係包括： 一溫度感應裝置，係量測一電地之溫度； 一充電狀態估測裝置，係估測該電池之充電狀態； ^ 一伏特計’係量測一電池或電池組之電壓；以及 一控制裝置，係利用該溫度與該充電狀態估測該電池 或電池組之最大功率，利用該伏特計量測該電池或電池組 之電壓’並且檢查該電池或電池組之量測電壓是否超過一 預設電壓限制，該預設電壓限制係對應至該電池之最大功 率，而且當該電池或該電池組之量測電壓超過該預設電壓 限制時，控制該電池之充電或放電功率以使該電池或該電 15 池組之電壓調整為該預設電壓限制。

20 5. 如申請專利範圍第4項所述之該電池控制裝置，其 中’該電池之該最大功率係由該電池的充電狀態（s〇c)、 該溫度及該電池之最大功率、以及一電池衰減率函數之關 聯性之一方程式計算而得’其係根據下式中電池之累積放 電量（accumulated discharge Ah)及該電池之最大功率之關 聯性而得： Powermax — F(SOC,temp) x F(accumulated discharge Ah)。 6. 如申請專利範圍第4項所述之該電池控制裝置，其 25 中’控制該電池充電或放電功率更包括： 15 1^33288 當至少〜量測電壓超過該預設電壓限制時， 置係降低该電池組之充電或放電功率；以及 當該至少一量測電壓低於該預設電壓限制時 電池組之充電或放電功率。 該控制裝 ，提^尚

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