TWI721747B - 可判斷電池組之彼此並聯之複數個電池芯之老化程度差異之方法及其電池芯診斷系統 - Google Patents

可判斷電池組之彼此並聯之複數個電池芯之老化程度差異之方法及其電池芯診斷系統 Download PDF

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Abstract

一種可判斷電池組之彼此並聯之兩電池芯之老化程度差異之方法，其包含有於電池組由充電狀態或放電狀態經休息狀態至平衡狀態時紀錄各電池芯之分支電流及端電壓，進而得到各電池芯之內阻與電池組之平衡開路電壓及平衡殘餘容量，從而得到各電池芯於電池組切換至休息狀態之前一刻之開路電壓與殘餘容量；根據各電池芯於電池組切換至休息狀態之前一刻之殘餘容量、各電池芯於電池組切換至休息狀態之後一刻之分支電流及電池組之額定容量，得到兩電池芯之老化程度差異指數，從而判斷兩電池芯之相對老化程度。

Description

可判斷電池組之彼此並聯之複數個電池芯之老化程度差異之 方法及其電池芯診斷系統
本發明係關於一種可判斷電池組之性能之方法及其系統，尤指一種可判斷電池組之彼此並聯之複數個電池芯之老化程度差異之方法及其相關電池芯診斷系統。
隨著科技進步及社會發展，電能逐漸成為主流能源，可儲存電能之儲能裝置廣泛地被使用在不同設備上，而為了提昇使用靈活性，目前最常見的儲能裝置是由多個電池芯藉由串聯或並聯方式形成之電池組，然彼此並聯之電池芯因製造誤差不會完全相同，因此彼此並聯之電池芯之性能隨著使用時間之衰減程度(或稱老化程度)也不會相同，故彼此並聯之電池芯之間可能因老化程度的不同而產生了環流，加速了電池芯和/或整個電池組的老化速度。
因此，本發明之目的在於提供一種可判斷電池組之彼此並聯之複數個電池芯之老化程度差異之方法及其相關電池芯診斷系統，以解決上述問題。
為達成上述目的，本發明揭露了一種可判斷一電池組之彼此並聯之複數個電池芯之老化程度差異之方法，該方法包含有於該電池組由一充電狀態或一放電狀態經一休息狀態至一平衡狀態時，於不同時間點分別量測並紀錄該複數個電池芯之複數個分支電流及複數個端電壓；根據該複數個電池芯於該電池組由該充電狀態或該放電狀態切換至該休息狀態之一前一時間點與一後一時間點之間之該複數個端電壓與該複數個分支電流之變化，得到該複數個電池芯之複數個內阻；根據該複數個電池芯於該電池組位於該平衡狀態時之該複數個端電壓，得到該電池組之一平衡開路電壓；根據該平衡開路電壓，得到該電池組之一平衡殘餘容量；根據該複數個內阻及該複數個電池芯於該電池組由該充電狀態或該放電狀態切換至該休息狀態之該前一時間點之該複數個分支電流，得到該複數個電池芯於該電池組由該充電狀態或該放電狀態切換至該休息狀態之該前一時間點之複數個開路電壓之至少一關係；根據該複數個電池芯於該電池組由該充電狀態或該放電狀態切換至該休息狀態之該前一時間點之該複數個開路電壓之該至少一關係，得到該複數個電池芯於該電池組由該充電狀態或該放電狀態切換至該休息狀態之該前一時間點之複數個殘餘容量；根據該複數個電池芯於該電池組由該充電狀態或該放電狀態切換至該休息狀態之該前一時間點之該複數個殘餘容量及該複數個電池芯於該電池組由該充電狀態或該放電狀態切換至該休息狀態之該後一時間點之該複數個分支電流，得到該複數個電池芯之相對應的兩電池芯之一老化程度差異指數；以及根據該老化程度差異指數判斷該複數個電池芯之相對應的該兩電池芯之一相對老化程度。
為達成上述目的，本發明另揭露了一種可判斷一電池組之彼此並聯之複數個電池芯之老化程度之電池芯診斷系統，其包含有一量測裝置、一內阻 計算裝置、一第一開路電壓計算裝置、一第一殘餘容量計算裝置、一第二開路電壓計算裝置、一第二殘餘容量計算裝置、一老化程度差異指數計算裝置以及一老化程度判斷裝置，該量測裝置係用以於該電池組由一充電狀態或一放電狀態經一休息狀態至一平衡狀態時，於不同時間點分別量測並紀錄該複數個電池芯之複數個分支電流及複數個端電壓，該內阻計算裝置係根據該複數個電池芯於該電池組由該充電狀態或該放電狀態切換至該休息狀態之一前一時間點與一後一時間點之間之該複數個端電壓與該複數個分支電流之變化，計算得到該複數個電池芯之複數個內阻，該第一開路電壓計算裝置係根據該複數個電池芯於該電池組位於該平衡狀態時之該複數個端電壓，計算得到該電池組之一平衡開路電壓，該第一殘餘容量計算裝置係根據該平衡開路電壓，計算得到該電池組之一平衡殘餘容量，該第二開路電壓計算裝置係根據該複數個內阻及該複數個電池芯於該電池組由該充電狀態或該放電狀態切換至該休息狀態之該前一時間點之該複數個分支電流，計算得到該複數個電池芯於該電池組由該充電狀態或該放電狀態切換至該休息狀態之該前一時間點之複數個開路電壓之至少一關係，該第二殘餘容量計算裝置係根據該複數個電池芯於該電池組由該充電狀態或該放電狀態切換至該休息狀態之該前一時間點之該複數個開路電壓之該至少一關係，計算得到該複數個電池芯於該電池組由該充電狀態或該放電狀態切換至該休息狀態之該前一時間點之複數個殘餘容量，該老化程度差異指數計算裝置係根據該複數個電池芯於該電池組由該充電狀態或該放電狀態切換至該休息狀態之該前一時間點之該複數個殘餘容量及該複數個電池芯於該電池組由該充電狀態或該放電狀態切換至該休息狀態之該後一時間點之該複數個分支電流，計算得到該複數個電池芯之相對應的兩電池芯之一老化程度差異指數，該老化程度判斷裝置係根據該老化程度差異指數判斷該複數個電池芯之相對應的該兩電池芯之一相對老化程度。
綜上所述，本發明所提供之技術方案可判斷出電池組之彼此並聯之複數個電池芯之老化程度差異，讓使用者可由複數個電池芯中找出老化程度較大的電池芯來進行更換，無須更換整個電池組，不但可以減少過大的老化程度差異所帶來的負面影響，也可以避免不必要的資源浪費。
1A、1B、1C、1D:電池芯診斷系統
11:量測裝置
12:內阻計算裝置
13:第一開路電壓計算裝置
14:第一殘餘容量計算裝置
15:第二開路電壓計算裝置
16:第二殘餘容量計算裝置
17:老化程度差異指數計算裝置
18:老化程度判斷裝置
19:老化程度指數計算裝置
2A、2D:電池組
21:第一電池芯
22:第二電池芯
23:第三電池芯
S1A~S8A、S1B~S9B、S1C~S8C、S1D~S8D:步驟
第1圖為本發明第一實施例之電池芯診斷系統之功能方塊圖。
第2圖為本發明第一實施例之電池芯診斷系統之判斷電池組之彼此並聯之第一電池芯與第二電池芯之老化程度差異之方法流程圖。
第3圖為本發明第一實施例之電池組之電流-時間關係圖。
第4圖為本發明第二實施例之電池芯診斷系統之功能方塊圖。
第5圖為本發明第二實施例之電池芯診斷系統之判斷電池組之彼此並聯之第一電池芯與第二電池芯之老化程度差異之方法流程圖。
第6圖為本發明第三實施例之電池芯診斷系統之功能方塊圖。
第7圖為本發明第三實施例之電池芯診斷系統之判斷電池組之彼此並聯之第一電池芯與第二電池芯之老化程度差異之方法流程圖。
第8圖為本發明第三實施例之電池組之電流-時間關係圖。
第9圖為本發明第四實施例之電池芯診斷系統之功能方塊圖。
第10圖為本發明第四實施例之電池芯診斷系統之判斷電池組之彼此並聯之第一電池芯、第二電池芯與第三電池芯之老化程度差異之方法流程圖。
以下實施例中所提到的「耦接」或「連接」一詞在此係包含任何直 接及間接的電氣或結構連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接/連接於一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電氣/結構連接於該第二裝置，或透過其他裝置或連接手段間接地電氣/結構連接至該第二裝置。此外，以下實施例中所提到的「充電狀態」表示電壓源連接電池組且正在為電池組充電；「放電狀態」表示電池組連接負載源且正在為負載源提供電力；「休息狀態」表示電壓源不再為電池組充電或電池組不再為負載提供電力，此時電池組內因各電池芯之狀態或物理量不匹配而產生有環流；「平衡狀態」表示電池組的電池組內無環流。
請參閱第1圖至第3圖，第1圖為本發明第一實施例之一電池芯診斷系統1A之功能方塊圖，第2圖為本發明第一實施例之電池芯診斷系統1A之判斷一電池組2A之彼此並聯之一第一電池芯21與一第二電池芯22之老化程度差異之方法流程圖，第3圖為本發明第一實施例之電池組2A之電流-時間關係圖。如第1圖至第3圖所示，電池芯診斷系統1A係用以連接電池組2A，以判斷第一電池芯21與第二電池芯22之老化程度差異，電池芯診斷系統1A包含有一量測裝置11、一內阻計算裝置12、一第一開路電壓計算裝置13、一第一殘餘容量計算裝置14、一第二開路電壓計算裝置15、一第二殘餘容量計算裝置16、一老化程度差異指數計算裝置17以及一老化程度判斷裝置18。量測裝置11、內阻計算裝置12、第一開路電壓計算裝置13、第一殘餘容量計算裝置14、第二開路電壓計算裝置15、第二殘餘容量計算裝置16、老化程度差異指數計算裝置17以及老化程度判斷裝置18可彼此直接或間接地耦接，以進行訊號、資料和/或電力的傳輸。其中量測裝置11係用以於電池組2A由充電狀態經休息狀態至平衡狀態時，於不同時間點分別量測並紀錄第一電池芯21與第二電池芯22之分支電流及端電壓；內阻計算裝置12係根據第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點與後一時間點之間之端電壓與分支電流之變化，計算得到第 一電池芯21與第二電池芯22之內阻；第一開路電壓計算裝置13係根據第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A位於平衡狀態時之端電壓，計算得到電池組2A之平衡開路電壓；第一殘餘容量計算裝置14係根據平衡開路電壓，計算得到電池組2A之平衡殘餘容量；第二開路電壓計算裝置15係根據第一電池芯21與第二電池芯22之內阻及第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點之分支電流，計算得到第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點之開路電壓之關係；第二殘餘容量計算裝置16係根據第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點之開路電壓之關係及電池組2A之平衡殘餘容量，計算得到第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點之殘餘容量；老化程度差異指數計算裝置17係根據第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點之殘餘容量及第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之後一時間點之分支電流，計算得到第一電池芯21與第二電池芯22之老化程度差異指數；老化程度判斷裝置18係根據老化程度差異指數判斷第一電池芯21與第二電池芯22之相對老化程度。
如第2圖所示，電池芯診斷系統1A之判斷電池組2A之彼此並聯之第一電池芯21與第二電池芯22之老化程度差異之方法包含有下列步驟：步驟S1A：於電池組2A由充電狀態經休息狀態至平衡狀態時，量測裝置11於不同時間點分別量測並紀錄第一電池芯21與第二電池芯22之分支電流及端電壓；步驟S2A：內阻計算裝置12根據第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點與後一時間點之間之端電壓與分 支電流之變化，得到第一電池芯21與第二電池芯22之內阻；步驟S3A：第一開路電壓計算裝置13根據第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A位於平衡狀態時之端電壓，得到電池組2A之平衡開路電壓；步驟S4A：第一殘餘容量計算裝置14根據平衡開路電壓，得到電池組2A之平衡殘餘容量；步驟S5A：第二開路電壓計算裝置15根據第一電池芯21與第二電池芯22之內阻及第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點之分支電流，得到第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點之開路電壓之關係；步驟S6A：第二殘餘容量計算裝置16根據第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點之開路電壓之關係及電池組2A之平衡殘餘容量，得到第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點之殘餘容量；步驟S7A：老化程度差異指數計算裝置17根據第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點之殘餘容量及第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之後一時間點之分支電流，得到第一電池芯21與第二電池芯22之老化程度差異指數；以及步驟S8A：老化程度判斷裝置18根據老化程度差異指數判斷第一電池芯21與第二電池芯22之相對老化程度。
以下針對上述步驟進行說明，在步驟S1A中，當使用者欲瞭解之電池組2A之彼此並聯之第一電池芯21與第二電池芯22之老化程度差異時，可將原本正在充電的電池組2A斷電，以使電池組2A由充電狀態切換至休息狀態，接著再將電池組2A靜置一段時間(例如至少一小時)，以使電池組2A由休息狀態切換 至平衡狀態，而第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A由充電狀態經休息狀態切換至平衡狀態之電流與時間的關係如第3圖所示，在一第一時間段T1A的區間內，電池組2A位於充電狀態，此時，電源分別對第一電池芯21與第二電池芯22進行充電；在一第二時間段T2A的區間內，電池組2A位於休息狀態，此時，電池組2A產生有環流，第一電池芯21與第二電池芯21之分支電流不等於零；在一第三時間段T3A的區間內，電池組2A位於平衡狀態，此時，電池組2A無環流，第一電池組21與第二電池組22之分支電流等於零。在電池組2A由充電狀態經休息狀態切換至平衡狀態過程中，量測裝置11係於不同時間點量測並記錄第一電池芯21與第二電池芯22之分支電流與端電壓，舉例來說如下表1所示，表1係示例出於不同時間點序與電池組2A狀態下，第一電池芯21與第二電池芯22之分支電流與端電壓之對應關係。較佳地，量測裝置11係可以等於或大於1赫茲之預設取樣頻率量測並記錄第一電池芯21與第二電池芯22之分支電流與端電壓。
Figure 109100457-A0305-02-0011-1
接著，於步驟S2A中，內阻計算裝置12根據第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點與後一時間點之間之端電壓與分支電流之變化，計算得到第一電池芯21與第二電池芯22之內阻。
具體地，以此實施例之上表1為例，第一電池芯21於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點之分支電流與端電壓分別為1.507安培與3.987伏特；第二電池芯22於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點之分支電流與端電壓分別為1.493安培與3.969伏特；第一電池芯21於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之後一時間點之分支電流與端電壓分別為-0.173安培與3.893伏特；第二電池芯22於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之後一時間點之分支電流與端電壓分別為0.173安培與3.890伏特。因此，內阻計算裝置12可得出第一電池芯21於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點與後一時間點之端電壓之差值為0.094伏特；第一電池芯21於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點與後一時間點之分支電流之差值為1.680安培；第二電池芯22於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點與後一時間點之端電壓之差值為0.079伏特；第二電池芯22於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點與後一時間點之分支電流之差值為1.320安培，接著內阻計算裝置12便可將第一電池芯21於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點與後一時間點之端電壓之差值除以第一電池芯21於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點與後一時間點之分支電流之差值，以得出第一電池芯21之內阻約為0.056歐姆；並且將第二電池芯22於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點與後一時間點之端電壓之差值除以第二電池芯22於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點與後一時間點之分支電流之差值，以得出第二電池芯22之內阻約為0.060歐姆。
於步驟S3A中，第一開路電壓計算裝置13根據第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A位於平衡狀態時之端電壓，計算得到電池組2A之平衡開路電壓。具體地，以此實施例之上表1為例，當電池組2A位於平衡狀態時，第一電池芯21與第二電池芯22之端電壓相等且為3.872伏特，此時第一電池芯21與第二電池芯22之分支電流為零，因此第一開路電壓計算裝置13可根據第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A位於平衡狀態時之端電壓判斷電池組2A之平衡開路電壓，也就是說，此時電池組2A之平衡開路電壓為3.872伏特。
在步驟S4A中，第一殘餘容量計算裝置14根據平衡開路電壓，計算得到電池組2A之平衡殘餘容量。具體地，於此實施例中，第一殘餘容量計算裝置14可將電池組2A之平衡開路電壓帶入相對應於電池組2A之開路電壓與殘餘容量之關係的查詢表或關係函數而得出電池組2A之平衡殘餘容量為49.8%。
於步驟S5A、S6A中，第二開路電壓計算裝置15根據第一電池芯21與第二電池芯22之內阻及第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點之分支電流，計算得到第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點之開路電壓之關係；第二殘餘容量計算裝置16根據第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點之開路電壓之關係及電池組2A之平衡殘餘容量，計算得到第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點之殘餘容量。具體地，第二開路電壓計算裝置15可先將第一電池芯21與第二電池芯22之內阻及第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點之分支電流帶入端電壓方程式(如下方 方程式1)，從而得到第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點之開路電壓之關係，接著第二殘餘容量計算裝置16可根據第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點之開路電壓之關係對第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點之開路電壓進行假設值設定，並且將對應之殘餘容量帶入殘餘容量方程式(如下方方程式2)進行驗證，若第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點之殘餘容量無法滿足殘餘容量方程式時，表示第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點之開路電壓之假設值錯誤，需重新設定假設值，直到第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點之殘餘容量滿足殘餘容量方程式，從而得出正確的第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點之開路電壓。
U 1+I 1 R 1=U 2+I 2 R 2．．．方程式1
Figure 109100457-A0305-02-0014-2
其中U1、U2分別為第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點之開路電壓；I1、I2分別為第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點之分支電流；R1、R2分別為第一電池芯21與第二電池芯22之內阻；SoCb為電池組2A之平衡殘餘容量；SoC1、SoC2分別為第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點之殘餘容量。
於一實施例中，藉由上述遞迴方式，第二殘餘容量計算裝置16可得出第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點之開路電壓分別為3.874伏特與3.869伏特且第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點之殘餘容量分別為50.2%與49.4%。詳細而言，可先將內阻計算裝置12計算出之第一電池芯21之內阻(其約為0.056歐姆)、第二電池芯22之內阻(其約為0.060歐姆)以及表1中電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點之第一電池芯之分支電流(其為1.507安培)與第二電池芯之分支電流(其為1.493安培)，帶入方程式1，從而得到第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點之開路電壓之關係，接著假設切換至休息狀態之前一時間點之第一電池芯21之開路電壓U1為3.903伏特並帶入方程式1，可以得到切換至休息狀態之前一時間點之第二電池芯22之開路電壓U2為3.898伏特，根據開路電壓U1及U2和對應於開路電壓與殘餘容量關係的查詢表或關係函數而得出相對應的殘餘容量SoC1與SoC2分別為53.4%52.6%，並且帶入方程式2進行計算，得到電池組2A之平衡殘餘容量SoCb為53%，上述計算結果不符合第一殘餘容量計算裝置14所得出之平衡殘餘容量49.8%，表示第一電池芯21於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點之開路電壓之假設值錯誤，需重新設定假設值。於本實施例中，當假設切換至休息狀態之前一時間點之第一電池芯之開路電壓U1為3.874伏特時，根據方程式1計算出切換至休息狀態之前一時間點之第二電池芯之開路電壓U2為3.869伏特，此時第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點之殘餘容量SoC1和SoC2分別為50.2%與49.4%，並且帶入方程式2進行計算，所計算而得出之電池組2A之平衡殘餘容量SoCb為49.8%等於第一殘餘容量計算裝置14所得出之平衡殘餘容量，從而得出正確的第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點之開 路電壓U1及U2。
於步驟S7A、S8A中，老化程度差異指數計算裝置17根據第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點之殘餘容量及第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之後一時間點之分支電流，計算得到第一電池芯21與第二電池芯22之老化程度差異指數；老化程度判斷裝置18根據老化程度差異指數判斷第一電池芯21與第二電池芯22之相對老化程度。具體地，於此實施例中，老化程度差異指數計算裝置17可將第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點之殘餘容量、第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之後一時間點之分支電流及電池組2A之額定容量帶入老化程度差異指數定量方程式(如下方方程式3)而得到老化程度差異指數；其中當老化程度差異指數等於零時，老化程度判斷裝置18可判斷第一電池芯21之第一老化程度等於第二電池芯22之第二老化程度；當老化程度差異指數小於零時，老化程度判斷裝置18可判斷第一電池芯21之第一老化程度小於第二電池芯22之第二老化程度；當老化程度差異指數大於零時，老化程度判斷裝置18可判斷第一電池芯21之第一老化程度大於第二電池芯22之第二老化程度。
Figure 109100457-A0305-02-0016-3
其中α12為老化程度差異指數；SoC1、SoC2分別為第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點之殘餘容量；μ為常數；In為各電池芯由充電狀態切換至休息狀態之後一時間點之分支電流單位為安培。
μ會依據電池處於充電狀態或放電狀態調整α 12的正負值，當電池由充電狀態切換至休息狀態，μ為-1，當電池由放電狀態切換至休息狀態，μ為+1。於本實施例中，μ為-1，老化程度差異指數計算裝置17將第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點之殘餘容量及第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之後一時間點之分支電流帶入老化程度差異指數定量方程式(方程式3)，而得出老化程度差異指數為-2.312%，藉此老化程度判斷裝置18可判斷第一電池芯21之第一老化程度小於第二電池芯22，使用者可依據老化程度判斷裝置18之判斷結果合理更換第二電池芯22。
此外，值得注意的是，實務上，量測裝置係可以預設取樣頻率量測的方式收集各電池芯之端電壓及分支電流，並且將電壓源停止對電池組供電之前一個取樣時間點與後一個取樣時間點定義為休息狀態之前一時間點與後一時間點。以此實施例為例，量測裝置11係以等於1赫茲之預設取樣頻率量測並記錄第一電池芯21與第二電池芯22之分支電流與端電壓持續一小時，故第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點之分支電流與端電壓可為表1所示之電池組2A於移除電壓源前量測得到之最後一組分支電流與端電壓(即對應時間點序為2之分支電流與端電壓)，第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A由充電狀態切換至休息狀態之後一時間點之分支電流與端電壓可為表1所示之電池組2A於移除電壓源後量測得到之第一組分支電流與端電壓(即對應時間點序為3之分支電流與端電壓)，第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A位於平衡狀態時之端電壓可為電池組2A內之環流消失後所量測得到之端電壓(即對應時間點序為3600之端電壓)，但本發明並不侷限於 此，量測裝置可僅於下列三個時間點量測各電池芯之分支電流與端電壓：移除電壓源前(即電池組位於休息狀態之前一時間點)、移除電壓源後(電池組位於休息狀態之後一時間點、電池組靜至至少一小時後(電池組位於平衡狀態時之時間點)。
請參閱第4圖與第5圖，第4圖為本發明第二實施例之一電池芯診斷系統1B之功能方塊圖，第5圖為本發明第二實施例之電池芯診斷系統1B之判斷電池組2A之彼此並聯之第一電池芯21與第二電池芯22之老化程度差異之方法流程圖。如第4圖與第5圖所示，此實施例之電池芯診斷系統1B包含有量測裝置11、內阻計算裝置12、第一開路電壓計算裝置13、第一殘餘容量計算裝置14、第二開路電壓計算裝置15、第二殘餘容量計算裝置16、老化程度差異指數計算裝置17以及老化程度判斷裝置18，此實施例之上述元件之結構、作動及方法流程步驟S1B~S8B與第一實施例相似，於此不再贅述。與第一實施例不同的是，本實施例之電池芯診斷系統1B另包含有一老化程度指數計算裝置19，其係根據老化程度差異指數及第一電池芯21之第一老化程度指數，計算得出第二電池芯22之第二老化程度指數。也就是說，於此實施例中，當第一電池芯21之第一老化程度指數為已知時，電池芯診斷系統1B可根據老化程度差異指數及第一電池芯21之第一老化程度指數進一步計算第二電池芯22之第二老化程度指數(如第5圖步驟S9B所示)。然本發明並不侷限於此，在另一實施例中，當第二電池芯22之第二老化程度指數為已知時，電池芯診斷系統亦可根據老化程度差異指數及第二電池芯22之第二老化程度指數，計算得出第一電池芯21之第一老化程度指數。
具體地，於此實施例中，若第一電池芯21為全新電池芯，第一電池芯21之第一老化程度指數已知為100%，第二電池芯22之第二老化程度指數可藉 由將老化程度差異指數及第一電池芯21之第一老化程度指數帶入老化程度指數方程式(如下方方程式4)計算而得。
SoH 2=SoH 1+α 12．β．．．方程式4
其中SoH1為第一電池芯21之第一老化程度指數；SoH2為第二電池芯22之第二老化程度指數；α12為老化程度差異指數；β為常數。
β會根據不同種類之電池而有所不同。於本實施例中，β為16.220，將老化程度差異指數及第一電池芯21之第一老化程度指數帶入老化程度指數方程式後便可得出第二電池芯22之第二老化程度指數為62.5%。
此外，此實施例之常數β、μ可預先藉由兩已知老化程度指數之電池芯得出。
請參閱第6圖至第8圖，第6圖為本發明第三實施例之一電池芯診斷系統1C之功能方塊圖，第7圖為本發明第三實施例之電池芯診斷系統1C之判斷電池組2A之彼此並聯之第一電池芯21與第二電池芯22之老化程度差異之方法流程圖，第8圖為本發明第三實施例之電池組2A之電流-時間關係圖。如第6圖至第8圖所示，本實施例之電池芯診斷系統1C與第一實施例之電池芯診斷系統1A包含有類似的元件，但此實施例之量測裝置11係用以於電池組2A由放電狀態經休息狀態至平衡狀態時，於不同時間點分別量測並紀錄第一電池芯21與第二電池芯22之分支電流及端電壓，其中第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A由放電狀態經休息狀態切換至平衡狀態之電流與時間的關係如第8圖所示，在一第一時 間段T1C的區間內，電池組2A位於放電狀態，此時，第一電池芯21與第二電池芯22分別對負載源提供電力；在一第二時間段T2C的區間內，電池組2A位於休息狀態，此時，電池組2A產生有環流，第一電池芯21與第二電池芯21之分支電流不等於零；在一第三時間段T3C的區間內，電池組2A位於平衡狀態，此時，電池組2A無環流，第一電池組21與第二電池組22之分支電流等於零；內阻計算裝置12係根據第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A由放電狀態切換至休息狀態之前一時間點與後一時間點之間之端電壓與分支電流之變化，計算得到第一電池芯21與第二電池芯22之內阻；第一開路電壓計算裝置13係根據第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A位於平衡狀態時之端電壓，計算得到電池組2A之平衡開路電壓；第一殘餘容量計算裝置14係根據平衡開路電壓，計算得到電池組2A之平衡殘餘容量；第二開路電壓計算裝置15係根據第一電池芯21與第二電池芯22之內阻及第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A由放電狀態切換至休息狀態之前一時間點之分支電流，計算得到第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A由放電狀態切換至休息狀態之前一時間點之開路電壓之關係；第二殘餘容量計算裝置16係根據第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A由放電狀態切換至休息狀態之前一時間點之開路電壓之關係及電池組2A之平衡殘餘容量，計算得到第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A由放電狀態切換至休息狀態之前一時間點之殘餘容量；老化程度差異指數計算裝置17係根據第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A由放電狀態切換至休息狀態之前一時間點之殘餘容量及第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2A由放電狀態切換至休息狀態之後一時間點之分支電流，計算得到第一電池芯21與第二電池芯22之老化程度差異指數；老化程度判斷裝置18係根據老化程度差異指數判斷第一電池芯21與第二電池芯22之相對老化程度。也就是說，第一實施例之電池芯診斷系統1A係藉由於電池組2A係由充電狀態經休息狀態切換至平衡狀態時取得的各參數判斷第一 電池芯21之第一老化程度與第二電池芯22之第二老化程度之關係，但此實施例之電池芯診斷系統1C係藉由於電池組2A係由放電狀態經休息狀態切換至平衡狀態時取得的各參數(如下表2所示)判斷第一電池芯21之第一老化程度與第二電池芯22之第二老化程度之關係，故此實施例之μ為1，而此實施例之其餘方法流程步驟及方程式與第一實施例相似，於此不再贅述。
Figure 109100457-A0305-02-0021-4
請參閱第9圖與第10圖，第9圖為本發明第四實施例之一電池芯診斷系統1D之功能方塊圖，第10圖為本發明第四實施例之電池芯診斷系統1D之判斷一電池組2D之彼此並聯之第一電池芯21、第二電池芯22與一第三電池芯23之老化程度差異之方法流程圖。如第9圖與第10圖所示，本實施例之電池芯診斷系統1D與第一實施例之電池芯診斷系統1A包含有類似的元件，電池芯診斷系統1D係藉由於電池組2D係由充電狀態經休息狀態切換至平衡狀態時取得的各參數(如下表3所示)判斷第一電池芯21之第一老化程度、第二電池芯22之第二老化程度與第三電池芯23之第三老化程度之關係。
Figure 109100457-A0305-02-0022-5
此外，由於此實施例電池組2D包含有第一電池芯21、第二電池芯22及第三電池芯23，而第一實施例之電池組2A僅包含有第一電池芯21及第二電池芯22，故第一實施例之方程式1、方程式2及方程式3分別相對應修改為下方包含有方程式5與方程式6之方程組、方程式7及包含有方程式8、方程式9及方程式10之另一方程組。
U 1+I 1 R 1=U 2+I 2 R 2．．．方程式5
U 2+I 2 R 2=U 3+I 3 R 3．．．方程式6
Figure 109100457-A0305-02-0022-6
Figure 109100457-A0305-02-0022-7
Figure 109100457-A0305-02-0022-8
Figure 109100457-A0305-02-0023-9
其中U1、U2、U3分別為第一電池芯21、第二電池芯22與第三電池芯23於電池組2D由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點之開路電壓；I1、I2、I3分為第一電池芯21、第二電池芯22與第三電池芯23於電池組2D由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點之分支電流；R1、R2、R3分別為第一電池芯21、第二電池芯22與第三電池芯23之內阻；SoCb為電池組2D之平衡殘餘容量；SoC1、SoC2、SoC3分別為第一電池芯21、第二電池芯22與第三電池芯23於電池組2D由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點之殘餘容量；α12、α13、α23分別為第一電池芯21與第二電池芯22之老化程度差異指數、第一電池芯21與第三電池芯23之老化程度差異指數、第二電池芯22與第三電池芯23之老化程度差異指數；μ為常數；In為各電池芯由充電狀態切換至休息狀態之後一時間點之分支電流單位為安培。
與第一實施例相同，此實施例之第二殘餘容量計算裝置16亦是利用相似的遞迴方式而得出第一電池芯21、第二電池芯22與第三電池芯23於電池組2D由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點之開路電壓分別為3.8756伏特、3.8704伏特與3.8673伏特且第一電池芯21、第二電池芯22與第三電池芯23於電池組2D由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點之殘餘容量分別為50.5%、49.7%與49.1%。於此實施例中，μ為-1，老化程度差異指數計算裝置17便可將第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2D由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點之殘餘容量及第一電池芯21與第二電池芯22於電池組2D由充電狀態切換至休息狀態之後一時間點之分支電流帶入方程式8，而得出第一電池芯21與第二電池芯22之老化程度差異指數為-9.302%；將第一電池芯21、第三電池芯23於電池組2D由 充電狀態切換至休息狀態之前一時間點之殘餘容量及第一電池芯21與第三電池芯23於電池組2D由充電狀態切換至休息狀態之後一時間點之分支電流帶入方程式9，而得出第一電池芯21與第三電池芯23之老化程度差異指數為-16.279%；將第二電池芯22、第三電池芯23於電池組2D由充電狀態切換至休息狀態之前一時間點之殘餘容量及第二電池芯22與第三電池芯23於電池組2D由充電狀態切換至休息狀態之後一時間點之分支電流帶入方程式10，而得出第二電池芯22與第三電池芯23之老化程度差異指數為-6.977%，藉此此實施例之老化程度判斷裝置18可判斷第一電池芯21之第一老化程度小於第二電池芯22之第二老化程度且小於第三電池芯23之第三老化程度，第二電池芯22之第二老化程度小於第三電池芯23之第三老化程度，且第二電池芯22之第二老化程度與第三電池芯23之第三老化程度較為接近，使用者可根據老化程度判斷裝置18之判斷結果合理替換第二電池芯22與第三電池芯23。此外，若第一電池芯、第二電池芯與第三電池芯中任一電池芯之老化程度為已知，第一電池芯、第二電池芯與第三電池芯中另外兩個電池芯之老化程度可藉由第二實施例方程式4計算而得。
值得注意的是，本發明並不侷限於上述應用，舉例來說，隨著電動車輛的普及，汰役電池的數量快速增長，使用數年後淘汰下來的汰役電池，雖然無法滿足驅動車輛的要求，但仍存有其他應用價值，而本發明便有助於使用者得知複數個汰役電池的相對於彼此的老化程度，藉以允許從中挑選出彼此匹配的電池(即老化程度較相近的電池)進行再利用或轉用(例如應用於儲能系統)，從而減少廢棄物處理汙染及成本。
於本發明中，電池芯診斷系統可以軟體、韌體、硬體或其組合之方式來實施，舉例來說，電池芯診斷系統可為包含有處理器及儲存有程式之電腦 可讀取記錄媒體及之電腦裝置，處理器可執行對應的程式實現上述功能，其中處理器可為中央處理單元(CPU)、應用處理器(application processor)或微處理器(microprocessor)等，或通過專用集成電路(ASIC)實現，而電腦可讀取記錄媒體可為唯讀記憶體(read-only memory,ROM)、隨機存取記憶體(random-access memory,RAM)、光碟(CDROM)、磁帶(magnetic tape)、軟碟(floppy disk)、硬碟(hard disk)或光學儲存裝置(optical storage device)等，然本發明並不侷限於此。
相較於先前技術，本發明所提供之技術方案可判斷出電池組之彼此並聯之複數個電池芯之老化程度差異，讓使用者可由複數個電池芯中找出老化程度較大的電池芯來進行更換，無須更換整個電池組，不但可以減少過大的老化程度差異所帶來的負面影響，也可以避免不必要的資源浪費。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
S1A~S8A:步驟

Claims (10)

  1. 一種可判斷一電池組之彼此並聯之複數個電池芯之老化程度差異之方法，該方法包含有：於該電池組由一充電狀態或一放電狀態經一休息狀態至一平衡狀態時，於不同時間點分別量測並紀錄該複數個電池芯之複數個分支電流及複數個端電壓；根據該複數個電池芯於該電池組由該充電狀態或該放電狀態切換至該休息狀態之一前一時間點與一後一時間點之間之該複數個端電壓與該複數個分支電流之變化，得到該複數個電池芯之複數個內阻；根據該複數個電池芯於該電池組位於該平衡狀態時之該複數個端電壓，得到該電池組之一平衡開路電壓；根據該平衡開路電壓，得到該電池組之一平衡殘餘容量；根據該複數個內阻及該複數個電池芯於該電池組由該充電狀態或該放電狀態切換至該休息狀態之該前一時間點之該複數個分支電流，得到該複數個電池芯於該電池組由該充電狀態或該放電狀態切換至該休息狀態之該前一時間點之複數個開路電壓之至少一關係；根據該複數個電池芯於該電池組由該充電狀態或該放電狀態切換至該休息狀態之該前一時間點之該複數個開路電壓之該至少一關係及該平衡殘餘容量，得到該複數個電池芯於該電池組由該充電狀態或該放電狀態切換至該休息狀態之該前一時間點之複數個殘餘容量；根據該複數個電池芯於該電池組由該充電狀態或該放電狀態切換至該休息狀態之該前一時間點之該複數個殘餘容量及該複數個電池芯於該電池組由該充電狀態或該放電狀態切換至該休息狀態之該後一時間點之該複數個分支電流，得到該複數個電池芯之相對應的兩電池芯之一老化 程度差異指數；以及根據該老化程度差異指數判斷該複數個電池芯之相對應的該兩電池芯之一相對老化程度。
  2. 如請求項1所述的方法，其中於該電池組由該充電狀態或該放電狀態經該休息狀態至該平衡狀態時，於不同時間點分別量測並紀錄該複數個電池芯之該複數個分支電流及該複數個端電壓包含：於該電池組由該充電狀態或該放電狀態經該休息狀態至該平衡狀態時，以一預設取樣頻率量測並紀錄該複數個電池芯之該複數個分支電流及該複數個端電壓。
  3. 如請求項2所述的方法，其中該預設取樣頻率等於或大於1赫茲。
  4. 如請求項1所述的方法，其另包含有：根據該老化程度差異指數及該複數個電池芯之相對應的該兩電池芯之一第一電池芯之一第一老化程度指數，得出該複數個電池芯之相對應的該兩電池芯之一第二電池芯之一第二老化程度指數。
  5. 如請求項1所述的方法，其中當該老化程度差異指數等於零時，該複數個電池芯之相對應的該兩電池芯之一第一電池芯之一第一老化程度等於該複數個電池芯之相對應的該兩電池芯之一第二電池芯之一第二老化程度，當該老化程度差異指數小於零時，該複數個電池芯之相對應的該兩電池芯之該第一電池芯之該第一老化程度小於該複數個電池芯之相對應的該兩電池芯之該第二電池芯之該第二老化程度，當該老化程度差異指數大 於零時，該複數個電池芯之相對應的該兩電池芯之該第一電池芯之該第一老化程度大於該複數個電池芯之相對應的該兩電池芯之該第二電池芯之該第二老化程度。
  6. 一種可判斷一電池組之彼此並聯之複數個電池芯之老化程度差異之電池芯診斷系統，其包含有：一量測裝置，其係用以於該電池組由一充電狀態或一放電狀態經一休息狀態至一平衡狀態時，於不同時間點分別量測並紀錄該複數個電池芯之複數個分支電流及複數個端電壓；一內阻計算裝置，其係根據該複數個電池芯於該電池組由該充電狀態或該放電狀態切換至該休息狀態之一前一時間點與一後一時間點之間之該複數個端電壓與該複數個分支電流之變化，計算得到該複數個電池芯之複數個內阻；一第一開路電壓計算裝置，其係根據該複數個電池芯於該電池組位於該平衡狀態時之該複數個端電壓，計算得到該電池組之一平衡開路電壓；一第一殘餘容量計算裝置，其係根據該平衡開路電壓，計算得到該電池組之一平衡殘餘容量；一第二開路電壓計算裝置，其係根據該複數個內阻及該複數個電池芯於該電池組由該充電狀態或該放電狀態切換至該休息狀態之該前一時間點之該複數個分支電流，計算得到該複數個電池芯於該電池組由該充電狀態或該放電狀態切換至該休息狀態之該前一時間點之複數個開路電壓之至少一關係；一第二殘餘容量計算裝置，其係根據該複數個電池芯於該電池組由該充電狀態或該放電狀態切換至該休息狀態之該前一時間點之該複數個開路 電壓之該至少一關係及該平衡殘餘容量，計算得到該複數個電池芯於該電池組由該充電狀態或該放電狀態切換至該休息狀態之該前一時間點之複數個殘餘容量；一老化程度差異指數計算裝置，其係根據該複數個電池芯於該電池組由該充電狀態或該放電狀態切換至該休息狀態之該前一時間點之該複數個殘餘容量及該複數個電池芯於該電池組由該充電狀態或該放電狀態切換至該休息狀態之該後一時間點之該複數個分支電流，計算得到該複數個電池芯之相對應的兩電池芯之一老化程度差異指數；以及一老化程度判斷裝置，其係根據該老化程度差異指數判斷該複數個電池芯之相對應的該兩電池芯之一相對老化程度。
  7. 如請求項6所述的電池芯診斷系統，其中該量測裝置於該電池組由該充電狀態或該放電狀態經該休息狀態至該平衡狀態時，以一預設取樣頻率量測並紀錄該複數個電池芯之該複數個分支電流及該複數個端電壓。
  8. 如請求項7所述的電池芯診斷系統，其中該預設取樣頻率等於或大於1赫茲。
  9. 如請求項6所述的電池芯診斷系統，其另包含有：一老化程度指數計算裝置，其係根據該老化程度差異指數及該複數個電池芯之相對應的該兩電池芯之一第一電池芯之一第一老化程度指數，計算得出該複數個電池芯之相對應的該兩電池芯之一第二電池芯之一第二老化程度指數。
  10. 如請求項6所述的電池芯診斷系統，其中當該老化程度差異指數等於零時，該複數個電池芯之相對應的該兩電池芯之一第一電池芯之一第一老化程度等於該複數個電池芯之相對應的該兩電池芯之一第二電池芯之一第二老化程度，當該老化程度差異指數小於零時，該複數個電池芯之相對應的該兩電池芯之該第一電池芯之該第一老化程度小於該複數個電池芯之相對應的該兩電池芯之該第二電池芯之該第二老化程度，當該老化程度差異指數大於零時，該複數個電池芯之相對應的該兩電池芯之該第一電池芯之該第一老化程度大於該複數個電池芯之相對應的該兩電池芯之該第二電池芯之該第二老化程度。
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