專利名稱：電池放電殘余時間估測方法
技術領域：
本發明涉及一種電池(例如鋰鐵電池)放電殘余時間估測方法，該方法利用多 重的波衣卡特方程式(multi-level Peukert equation)，利用檢出放電電流，并依該檢出 的放電電流所在區間的波衣卡特方程式估算該電池放電殘余時間，且記錄該放電電流區間 的放電時間；若該電池放電電壓低于該預先設定值時，計算該電池放電殘余時間估測誤差， 當該電池放電殘余時間估測誤差大于一預先設定值，則調整該相關的波衣卡特方程式的參 數，以降低該電池放電殘余時間估測值的誤差。
背景技術：
近幾年過度使用石化原物料引發溫室效應及全球氣候變遷，因而發展新能源，如 太陽能、風能等。為有效管理及節約能源，需要大容量的儲能元件。目前最為廣泛應用的大 容量儲能元件為鉛酸電池。雖然鉛酸電池具有低成本及高容量的優點，但卻無法利用大電 流(例如1C)充電方式減短充電時間。另外，鉛酸電池的大電流放電往往導致其放電容量 明顯減少。鋰鐵電池具有鉛酸電池無法達到之大電流充放電之特性，且鋰鐵電池大電流放 電亦不會導致如鉛酸電池的放電容量明顯減少問題。此外，鋰鐵電池亦具有高安全性及高 穩定性等優點，因此在未來大容量儲能元件應用上鋰鐵電池將非常具有吸引力。在電池使用過程中，電池放電殘余時間準確估測對電池本身或其供電對象的用電 設備可提高使用可靠度及安全性。舉例而言，現有的電池殘電量估測方法，如美國專利第 4595880號，其揭示利用電池安培小時(ampere-hour)方法累積電池的實際放電容量，以便 在一預定單位時間內計算平均放電電流，并將該平均放電電流代入波衣卡特方程式，計算 電池放電容量；接著，再將該電池放電容量利用一電池充電狀態方程式進行計算，以獲得電 池的放電狀態，即電池的放電殘電量。顯然，該美國專利第4595880號的電池殘電量估測方法必須在預定單位時間內計 算平均放電電流，且必須將該平均放電電流代入波衣卡特方程式，以計算電池放電容量。然 而，波衣卡特方程式的參數必須另經由實驗測試，并再經由計算實驗數據方能獲得，所以其 缺點在于無法準確的依電池溫度變化及電池老化程度同步修正波衣卡特方程式的參數。一 旦電池放電電流變化較大、電池溫度變化或電池老化時，該方法無法依據放電量誤差修正 波衣卡特方程式參數，因而造成較大的估測值的誤差，且該方法并未估測電池放電殘余時 間。另一現有電池殘電量估測方法，如美國專利第5761072號，其揭示將電池放電電 流利用兩組預定方程式計算出兩組不同的平均放電電流，并將該兩組不同的平均放電電流 代入波衣卡特方程式，以便計算出兩組不同的電池放電容量，再計算出其權值電池放電容 量；最后，將電池實際放電的容量及計算所得的權值電池放電容量代入一電池放電狀態方 程式，以獲得電池的放電狀態，即電池的放電殘電量。顯然，該美國專利第5761072號的電池殘電量估測方法利用電池特性參數計算兩 組不同的平均放電電流，且利用電池權值容量計算電池放電容量。一般而言，電池的放電反應為電化學反應。因此，若僅利用單一電池特性參數計算放電電流，該電池特性參數勢必無 法完全反應真實電池特性。事實上，電池放電容量往往易受操作方式、放電深度、環境溫度 等外在因素的影響。此外，由于前述方法僅采用單一組波衣卡特方程式計算電池放電容量， 因此其易在不同放電電流下造成估測值的誤差。同樣的，前述方法不具有自動修正估測誤 差的功能，且亦并未估測電池放電殘余時間。簡言之，前述現有電池殘電量估測方法仍有必要進一步改善其缺點，以降低電池 殘電量估測值的誤差。另外，前述現有利用波衣卡特方程式的電池殘電量估測方法均未提 供估測電池放電殘余時間的相關技術。另一現有電池殘電量估測方法，如中國臺灣專利公開案第200905230號，其揭示 預設數個電池放電電流區間及數個波衣卡特方程式，每個該波衣卡特方程式對應于該電池 放電電流區間，且該波衣卡特方程式包含數個參數；偵測一電池放電電流；選擇其對應電 池放電電流區間的波衣卡特方程式；計算電池放電容量估測值及電池殘電容量；若該電池 放電電流區間需要變換時，計算變換該電池放電電流區間所需的容量修正因數，以便修正 電池殘電容量；若該電池放電容量估測值與實際電池放電量之間的誤差值大于一預定值 時，重新計算該波衣卡特方程式的參數。雖然該第200905230號的電池殘電量估測方法可利用提供自動修正波衣卡特方 程式的參數方式修正該電池殘電量估測值，但其亦未提供估測電池放電殘余時間的相關修 正技術。因此，一般現有電池殘電量估測方法仍然存在需要提供估測電池放電殘余時間的 潛在需求。有鑒于此，本發明為了滿足上述需求，提供一種電池放電殘余時間估測方法，其采 用多重的波衣卡特方程式計算電池放電殘余時間估測值，當該估測值的誤差大于一預先設 定值時，則調整相關波衣卡特方程式的參數，進而提高電池放電殘余時間估測值的準確性。
發明內容
本發明的目的在于提供一種電池放電殘余時間估測方法，其預設數個電池放電電 流區間及其波衣卡特方程式，且將各個電池放電電流區間的電池放電時間預先設定值為 零，通過偵測電池放電電流、電池放電時間及電池放電電壓等資料，判斷電池放電電流所對 應的電池放電電流區間及其所有對應的波衣卡特方程式，再利用該對應的波衣卡特方程式 計算電池放電殘余時間估測值，并記錄該放電電流區間的放電時間，當判斷該電池放電電 壓低于一預先設定值，計算電池放電殘余時間估測誤差，當該電池放電殘余時間估測誤差 大于一預先設定值時，則調整相關波衣卡特方程式的參數，以達成降低電池放電殘余時間 估測值誤差的目的。本發明的目的是通過下述技術方案予以實現的一種電池放電殘余時間估測方法，其特征在于包括如下步驟a、預設數個電池放電電流區間及數個電池放電方程式，每個該電池放電方程式對 應于一電池放電電流區間，且將各個電池放電電流區間的電池放電時間設定為零；b、偵測一電池放電電流、一電池放電時間及一電池放電電壓；C、判斷該電池放電電流是否超過其所有對應該電池放電電流區間范圍，若該電池 放電電流超過所有該電池放電電流區間的范圍，則終止執行該電池放電殘余時間估測方法；d、若該電池放電電流在其所有對應該電池放電電流區間的范圍內時，選擇其對應 電池放電電流區間的電池放電方程式；e、計算電池放電殘余時間估測值；f、記錄該放電電流區間的放電時間；g、判斷該電池放電電壓是否低于一預先設定值，若該電池放電電壓高于該預先設 定值時，返回步驟b;h、若該電池放電電壓低于該預先設定值時，則計算該電池放電殘余時間估測誤 差；i、判斷該電池放電殘余時間估測誤差是否高于一預先設定值，若該電池放電殘余 時間估測誤差低于該預先設定值，則終止執行該電池放電殘余時間估測方法；j、若該電池放電殘余時間估測誤差高于該預先設定值，則調整相關的電池放電方 程式的參數。所述電池放電方程式為波衣卡特方程式。所述計算該電池放電殘余時間估測值時，計算該電池放電殘余時間所采用的計算 式如下tp = Κ/Γ其中，tp為電池初始殘余時間，K及η為波衣卡特參數，I為電池放電電流；trm = tp-tsm其中，電池即時殘余時間，％為電池初始殘余時間，tsm為電池累計放電時間。當電池放電電壓低于一預先設定值時，則計算一電池放電殘余時間估測誤差，此 時，該電池放電殘余時間估測誤差等于電池估測殘余時間。若在計算該電池放電殘余時間估測誤差值大于該預先設定值時，則重新計算該波 衣卡特方程式的參數K，該參數K值計算式如下K = (tp*Error(% )*Φ+ ρ)*Ιη(0 彡 Φ 彡 1)其中，K及η為波衣卡特參數，tp為電池放電初始殘余時間，Error為電池放電殘 余時間估測誤差，I為電池放電電流，及Φ為調整比例值。所述調整比例Φ值為該放電電流區間的放電時間乘以該放電電流區間的電流中 間值除以該電池放電容量，該放電電流區間的電流中間值為該放電電流區間的最大及最小 電流和的一半。本發明的有益效果是該方法利用檢出放電電流，并依該檢出的放電電流所在區 間的波衣卡特方程式估算該電池放電殘余時間，且記錄該放電電流區間的放電時間；若該 電池放電電壓低于該預先設定值時，計算該電池放電殘余時間估測誤差，當該電池放電殘 余時間估測誤差大于一預先設定值，則調整該相關的波衣卡特方程式的參數，以降低該電 池放電殘余時間估測值的誤差。
圖1為電池放電殘余時間估測方法的流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步描述。本發明較佳實施例的電池放電殘余時間估測方法可適用于鋰鐵電池或一般具有 類似特性電池(例如具高安全性及高穩定性電池)的放電殘余時間估測，但其并非用以限 定本發明的保護范圍。圖1為本發明第一實施例電池放電殘余時間估測方法的流程圖。如圖1所示，本發 明電池放電殘余時間估測方法首先在第一執行步驟SlOl中，其用以執行設定數個電池放 電電流區間及計算各區間對應的波衣卡特方程式，且將各個電池放電電流區間的電池放電 時間設定為零，并依需求可適當設定該電池放電電流區間及其對應的波衣卡特方程式。本 發明采用波衣卡特方程式如下Cp = K/1"1(1)其中I為電池放電電流，K及η為波衣卡特參數，Cp為電池放電容量估測值。本發明采用波衣卡特參數η及K之計算式如下η = (log t2-log t^/dog I「log I2) (2)K = I^t^I^1 = I2*t2*I廣1(3)其中I1及I2為在電池放電電流區間內放電電流最小值及最大值，、及t2為在電 池放電電流區間內放電電流最小值及最大值的放電時間。本發明采用波衣卡特參數η及K 的計算式并非用以限制本發明的保護范圍。每一電池放電電流區間均有一組相對應的波衣卡特方程式，且每一波衣卡特方程 式具有不同的波衣卡特參數。參照圖1所示，接著，在第二執行步驟S102中，其用以執行利用一外部偵測器或其 他偵測單元讀取電池放電電流、電池放電時間、電池放電電壓等資料。參照圖1所示，接著，在第三執行步驟S103中，其用以執行判斷電池放電電流是 否超過其所有電池放電電流區間范圍，若電池放電電流值未超過所有電池放電電流區間范 圍，則執行后續執行步驟，若電池放電電流值超過所有電池放電電流區間范圍，則終止執行 本發明電池放電殘余時間估測方法，且不計算該電池放電殘余時間。參照圖1所示，若電池放電電流值未超過所有電池放電電流區間范圍，則執行第 四執行步驟S104，其選擇偵測的電池放電電流所對應的電池放電電流區間及其對應波衣卡 特方程式，該電池放電電流區間及其對應波衣卡特方程式已在第一執行步驟SlOl完成設 定。參照圖1所示，接著，在第五執行步驟S105中，其用以執行計算電池放電殘余時 間。本發明采用電池放電殘余時間的計算式如下tp = Κ/Γ(4)其中tp為電池放電初始殘余時間，K及η為波衣卡特參數，I為電池放電電流。本發明采用電池放電即時殘余時間的計算式如下trm = tp-tsm (5)其中tM為電池放電即時殘余時間，tp為電池放電初始殘余時間，tsm為電池累計放 電時間。參照圖1所示，接著，在第六執行步驟S106中，其用以執行紀錄該放電電流區間的放電時間，其用以記錄目前放電電流所在的放電電流區間的累積放電時間。參照圖1所示，接著，在第七執行步驟S107中，其用以執行判斷電池放電電壓是否 低于一預先設定值，若判斷結果為“否”時，即電池放電電壓高于該預先設定值，重新返回第 二執行步驟S102。參照圖1所示，接著，在第八執行步驟S108中，其用以執行若第七執行步驟S107 判斷結果為“是”時，即電池放電電壓低于該預先設定值，則執行第八步驟S108，以計算電池 放電殘余時間估測誤差，因為此時實際電池放電殘余時間應該為零，所以該電池放電殘余 時間估測誤差即等于該電池估測殘余時間。參照圖1所示，接著，在第九執行步驟S109中，其用以執行判斷電池殘余時間估測 誤差是否大于預先設定值，若第九執行步驟S109判斷結果為“否”時，即電池殘余時間估測 誤差低于該預先設定值，則終止執行本發明電池殘余時間估測方法。參照圖1所示，最后，在第十執行步驟SllO中，其用以執行若第九執行步驟S109 判斷結果為“是”時，即電池殘余時間估測誤差高于該預先設定值，則執行調整該相關的波 衣卡特方程式的參數K值計算，并終止執行本發明電池殘余時間估測方法。本發明采用調 整相關的波衣卡特方程式的參數K值計算式如下 其中Error )為電池殘余時間估測誤差，其計算式為Error )=(電池放電 殘余時間估測誤差/實際電池放電時間)*100%，K及η為波衣卡特參數，tp為電池初始殘 余時間，I為電池放電電流，Φ為調整比例值，其值由該波衣卡特方程式所屬放電電流區間 的放電時間乘以該放電電流區間的電流中間值，再除以該電池放電容量而得，即 其中tx與7；分別為該波衣卡特方程式所屬的放電電流區間的放電時間及其電流 中間值，該放電電流區間的電流中間值為該放電電流區間的最大及最小電流和的一半，AH 為該電池放電容量，其可表示為AH= Σ本發明采用調整波衣卡特方程式的參數K值計算式并非用以限制本發明的保護 范圍。前述較佳實施例僅舉例說明本發明及其技術特征，該實施例的技術仍可適當進行 各種實質等效修飾和/或替換方式予以實施；因此，本發明的保護范圍應以權利要求書為 準。
權利要求
一種電池放電殘余時間估測方法，其特征在于包括如下步驟a、預設數個電池放電電流區間及數個電池放電方程式，每個該電池放電方程式對應于一電池放電電流區間，且將各個電池放電電流區間的電池放電時間設定為零；b、偵測一電池放電電流、一電池放電時間及一電池放電電壓；c、判斷該電池放電電流是否超過其所有對應該電池放電電流區間范圍，若該電池放電電流超過所有該電池放電電流區間的范圍，則終止執行該電池放電殘余時間估測方法；d、若該電池放電電流在其所有對應該電池放電電流區間的范圍內時，選擇其對應電池放電電流區間的電池放電方程式；e、計算電池放電殘余時間估測值；f、記錄該放電電流區間的放電時間；g、判斷該電池放電電壓是否低于一預先設定值，若該電池放電電壓高于該預先設定值時，返回步驟b；h、若該電池放電電壓低于該預先設定值時，則計算該電池放電殘余時間估測誤差；i、判斷該電池放電殘余時間估測誤差是否高于一預先設定值，若該電池放電殘余時間估測誤差低于該預先設定值，則終止執行該電池放電殘余時間估測方法；及j、若該電池放電殘余時間估測誤差高于該預先設定值，則調整相關的電池放電方程式的參數。
2.如權利要求1所述的電池放電殘余時間估測方法，其特征在于該電池放電方程式 為波衣卡特方程式。
3.如權利要求2所述的電池放電殘余時間估測方法，其特征在于所述計算該電池放 電殘余時間估測值時，計算該電池放電殘余時間所采用的計算式如下tp = Κ/Γ其中，tp為電池初始殘余時間，K及η為波衣卡特參數，I為電池放電電流；f = f -fLrmlP uSiii其中，t 為電池即時殘余時間，tp為電池初始殘余時間，tsm為電池累計放電時間。
4.如權利要求1所述的電池放電殘余時間估測方法，其特征在于當電池放電電壓低 于一預先設定值時，則計算一電池放電殘余時間估測誤差，此時，該電池放電殘余時間估測 誤差等于電池估測殘余時間。
5.如權利要求2所述的電池放電殘余時間估測方法，其特征在于若在計算該電池放 電殘余時間估測誤差值大于該預先設定值時，則重新計算該波衣卡特方程式的參數K，該參 數K值計算式如下K = (tp*Error(% )*Φ+ ρ)*Ιη(0 彡 Φ 彡 1)其中，K及η為波衣卡特參數，tp為電池放電初始殘余時間，Error為電池放電殘余時 間估測誤差，I為電池放電電流，及Φ為調整比例值。
6.如權利要求5所述的電池放電殘余時間估測方法，其特征在于所述調整比例Φ值 為該放電電流區間的放電時間乘以該放電電流區間的電流中間值除以該電池放電容量，該 放電電流區間的電流中間值為該放電電流區間的最大及最小電流和的一半。
全文摘要
一種電池放電殘余時間估測方法包含預設數個電池放電電流區間及數個電池放電方程式，且將各個電池放電電流區間的電池放電時間設定為零；偵測一電池放電電流、電壓及時間；判斷該電池放電電流是否超過所有對應放電電流區間范圍；選擇電池放電電流所對應的電池放電電流區間及其對應的電池放電方程式；計算電池放電殘余時間估測值；記錄該放電電流區間的放電時間；判斷該電池放電電壓是否低于一預先設定值，若該電池放電電壓低于該預先設定值時；計算該電池放電殘余時間估測誤差，當該電池放電殘余時間估測誤差大于一預先設定值，則調整該電池放電方程式的參數，以降低該電池放電殘余時間估測值的誤差。
文檔編號G01R19/165GK101900793SQ20101024520
公開日2010年12月1日 申請日期2010年7月30日 優先權日2010年7月30日
發明者吳晉昌, 周宏亮, 孫禹華, 蔣文榮 申請人:盈正豫順電子股份有限公司