专利名称：电池电量残量预估方法及其系统的制作方法
技术领域：
本发明是关于ー种电池电量残量预估相关技术，尤指一种电池电量残量预估方法及其系统。
背景技术：
由于全球正面对石油耗竭的危机，导致许多以石油为动カ源的装置必须谋求使用其它动カ替代源。以车辆来说，各车厂无不极积思考以电カ代替石油为车辆动カ来源，目前过渡时期部分车厂更推出油电混合车款，以减少车辆用油量。此外，如机车产业更是直接推出电动机车，完全改采电力为动カ源。为因应此波趋势，未来电池使用量及产值将会日益提高，如何有效管理、维修、检修电池将是未来相当重要的课题。检修人员在检修电池程序中，电池电量残量是相当重要的判断依据，然而目前判断电池电量残量准确率并不高，究其主要原因为，目前残量预估方法是直接以不同放电电流及其对应电压变化进行电池电量残量的计算，然而如图4所示，不同放电电流中最大的放电电流所对应的电压骤降很快，由于各放电电流对应的电压曲线斜率不同，而会造成预估出的电池电量残量误差值相对变大。此外，目前实现上述电池电量残量预估方法的设备，如图5所示，是包含有一外接电压电流检测装置51及ー监控计算机52，使用时，将该外接电压电流检测装置51以有线连接至待测电池50的电极，配合监控计算机52的控制，对待测电池50进行放电电流大小的控制，并据以检知各段放电电流时间的电压变化，再由该监控计算机52予以记录，供作后端的电池电量残量预估值的计算。由上述说明可知，目前预估电池电量残量在设备的操作上仍必须以复杂的接线方式将待测电池分别与外接电压电流检测装置，使用上相当不便且费时，不利于检修大量电池的应用，必须谋求更佳的解决方法。
发明内容
有鉴上述目前电池电量残量预估方法及其设备的技术缺失，本发明主要目的是提供一种电池电量残量预估方法，能更精确地预估电池电量残量，提高电池检修品质。欲达上述目的所使用的主要技术令该电池电量残量预估方法包含取得并储存待测电池的满电电压值及无电电压值；对待测电池进行充电程序；量测待测电池的起始电压值；对待测电池进行放电程序，令电池输出不同放电电流,并记录有放电时间、数个放电电流值及各放电电流区间的电压变化值；计算电池电容量，依据起始电压值及放电时间计算电池电容量；计算加成电流值，选择一多项式加成电流方程式，将数次放电电流值带入该多项式加成电流方程式，以计算出加成电流值；及估算电池电量残量，以电容量与加成电流值计算出电池电量残量。对该待测电池进行充电程序步骤中，对该待测电池进行定电流充电，待达到电池充电电压值时，改采定电压充电，直到电池的电压到达满电电压值为止。于量测该待测电池的起始电压值步骤中将一负载连接至该电池电极，进行定负载放电，又该负载与该电池电极间再选择并联不同电阻值的电阻，令该电池以不同定电流放电，直到该电池的电压到达该无电电压值为止。进ー步储存有数个起始电压方程式，各起始电压方程式由数个起始电压值及其修正后电容量推得，其中各修正后电容量以修正后电容量计算式计算而得，而修正后电容量计算式是该放电时间除以该待测电池的标准放电时间再乘以该待测电池的标准电容量。上述计算电池电容量步骤中依据该待测电池的起始电压值判断对应的起始电压方程式，再将该起始电压值、放电时间、标准放电时间及修正后的电容量带入对应的起始电压方程式，计算出目前电池的电容量。上述计算加成电流值步骤中，该多项式加成电流方程式为一四阶方程式y = -0. 68χ4+3. 588χ3-5. 954χ2+5. 898χ-0. 952，其中y为该加成电流值，x为该放电电流值。上述本方法主要取得待测电池起始电压值及放电时间，先求得电池的电容量，再将不同放电电流带入多项式加成电流方程式，求得该待测电池的加成电流值；最后再以电容量与加成电流值计算出电池电量残量，即能精确地预估该待测电池电量的残量。 欲达上述目的所使用的主要技术包含有ー电池，其内设有至少ー电池芯、一嵌入式电压电流检测模块及ー无线收发模块；其中该嵌入式电压电流检测模块是连接于该至少ー电池芯所组成的电池模块及无线收发模块之间，用以检测电池起始电压值及放电电流值，再透过该无线收发模块将起始电压值及放电电流值转换为无线信号对外传送；一放电检测电阻装置，连接至该电池的电压电流检测模块输出端及电池电极，并包含有ー驱动电路单元、ー开关电路及数个电阻，其中该驱动电路单元连接至电压电流检测模块输出端，以透过开关电路控制特定电阻与电池电极构成电连接，以产生不同检测用的放电电流；一无线监控计算机，与该电池的无线收发装置无线连结，以接收该电池的起始电压值及放电电流值，又该无线监控计算机发送检测命令至该电池，该嵌入式电压电流检测模块依据检测命令切換不同电阻值电阻与电池电极连接，以取得不同放电电流值；又该无线监控计算机预设有各种电池的满电电压值、无电电压值以及多项式加成电流方程式；及ー电源供应器，连接至该电池电极及无线监控计算机，以受该无线监控计算机的控制输出充电电压至该电池电极。该无线监控计算机进一步储存有各种电池的标准放电时间、标准电容值、满电电压值、无电电压值以及各电池在不同起始电压值的电容量计算方程式。
各起始电压方程式由复数起始电压值及其修正后电容量推得，其中各修正后电容量是以修正后电容量计算式计算而得，而修正后电容量计算式是以所量测的放电时间除以电池的标准放电时间再乘以电池的标准电容量。上述计算电池电容量步骤中依据电池的起始电压值判断对应的起始电压方程式，再将起始电压值、放电时间、标准放电时间及修正后的电容量代入对应的起始电压方程式，计算出目前电池的电容量，而该多项式加成电流方程式为一四阶方程式y = -O. 68x4+3. 588χ3-5. 954χ2+5. 898χ-0. 952，其中y为加成电流值，x为该放电电流值。本发明的有益技术效果在干上述本系统的该无线监控计算机即可储存不同电池的标准数据与各检测电池的电池电量残量，完整建构电池电量残量測量、数值收集及分析，并提供使用者更快速了解残余电量信息；除此之外，由于本系统储存不同计算机的标准数据，于电池电量残量预估时采用同款电池标准数据，使得电池电量残量预估更准确。
图I :本发明电池电量残量预估方法的流程图。
图2A至图2C :本发明第一至第三起始电压区间的预估电容量曲线图。图3 :本发明电池电量残量预估系统的系统架构图。图4 既有不同放电电流下电池操作时间曲线图。图5 既有电池电量残量预估系统的系统架构图。主要组件符号说明10电池11电池芯12嵌入式电压电流检测模块13无线收发模块20无线监控计算机21电源供应器30放电检测电阻装置31驱动电路单元32开关电路33电阻50待测电池51电池52电压电流检测装置53监控计算机
具体实施例方式请參阅图I所示，为本发明电池电量残量预估方法的流程图，其包含以下步骤。取得并储存待测电池的满电电压值及无电电压值30 ；对待测电池进行充电程序31 ;于本实施例中，以电源供应器输出定电流对电池充电，待达到电池充电电压值时，改采定电压充电，直到电池的电压到达满电电压值为止；量测待测电池的起始电压值32 ;本步骤因电池移除外部充电电源时，可能会因其内部化学反应、使用次数或制造质量，其电压将略微下降，举例来说，若将电池充电至满电压为4. IV后，移除充电电源，电池端电压可能下降至3. 9-4. O不等，是故本步骤为修正实际情况可能于估测时所造成的误差；对待测电池进行放电程序33 ;于本实施例中，将ー负载连接至电池电极，进行定负载放电，又负载与电池电极间再透过一切换开关选择与不同电阻值的电阻并联连接，令电池以不同定电流放电331，直到电池电压到达无电电压值为止332 ;因此在本步骤中可记录有总放电时间、各放电电流区间的电压变化值333 ；计算电池电容量34，以起始电压值、放电时间、标准放电时间及修正后的电容量带入对应的起始电压方程式，计算出目前电池的电容量；计算加成电流值35，选择ー多项式加成电流方程式，将数次放电电流值带入该多项式加成电流方程式，以计算出加成电流值；于本实施例，该多项式加成电流方程式为一四阶方程式y = -O. 68χ4+3. 588χ3-5. 954χ2+5. 898χ_0· 952，其中y为加成电流值，x为放电电流值；及估算电池电量残量36，以电容量与加成电流值计算出电池电量残量。上述计算电池电容量的步骤中，为了求得更精准的电容量，故采用改良库仑法配合开路电压法进行计算參数值的计算，而可应用于非满电的电池进行电容量的计算。首先如下表所示，取得与待测电池相同型号及制程的电池在不同起始电压值所测得的參考数据(起始电压及放电时间)及标准数据(标准放电时间及标准电容量)。因为已取得待测电池的起始电压及放电时间，故读取该待测电池标准放电时间及标准电容量后，即可带入修正后电容量计算式，求得该修正后电容值；其中，该修正后电容量计算式为放电时间除以标准放电时间再乘以标准电容量；如此重复在不同起始电压计算出对应的修正后电容量，即能获得下表。
权利要求
1.一种电池电量残量预估方法，其特征在于包含有 取得并储存一个待测电池的满电电压值及无电电压值； 对该待测电池进行充电程序； 量测该待测电池的起始电压值； 对该待测电池进行放电程序，令电池输出不同放电电流，并记录有放电时间、数个放电电流值及各放电电流区间的电压变化值； 计算电池电容量，依据起始电压值及放电时间计算电池电容量； 计算加成电流值，选择一个多项式加成电流方程式，将数次放电电流值带入该多项式加成电流方程式，计算出加成电流值；及 估算电池电量残量，以该电池电容量与该加成电流值计算出电池电量残量。
2.根据权利要求I所述的电池电量残量预估方法，其特征在于对该待测电池进行充电程序步骤中，对该待测电池进行定电流充电，待达到电池充电电压值时，改采定电压充电，直到电池的电压到达满电电压值为止。
3.根据权利要求2所述的电池电量残量预估方法，其特征在于量测该待测电池的起始电压值步骤中将一负载连接至该电池电极，进行定负载放电，又该负载与该电池电极间再选择并联不同电阻值的电阻，令该电池以不同定电流放电，直到该电池的电压到达该无电电压值为止。
4.根据权利要求3所述的电池电量残量预估方法，其特征在于进一步储存有数个起 始电压方程式，各起始电压方程式由数个起始电压值及其修正后电容量推得，其中各修正后电容量以修正后电容量计算式计算而得，而修正后电容量计算式是该放电时间除以该待测电池的标准放电时间再乘以该待测电池的标准电容量。
5.根据权利要求4所述的电池电量残量预估方法，其特征在于上述计算电池电容量步骤中依据该待测电池的起始电压值判断对应的起始电压方程式，再将该起始电压值、放电时间、标准放电时间及修正后的电容量带入对应的起始电压方程式，计算出目前电池的电容量。
6.根据权利要求5所述的电池电量残量预估方法，其特征在于上述计算加成电流值步骤中，该多项式加成电流方程式为一四阶方程式y = -0. 68x4+3. 588x3-5. 954x2+5. 898x-0.952，其中y为该加成电流值，X为该放电电流值。
7.—种电池电量残量预估系统，其特征在于包含有 一个电池，其内设有至少一个电池芯、一个嵌入式电压电流检测模块及一个无线收发模块；其中该嵌入式电压电流检测模块连接于该至少一个电池芯所组成的电池模块及无线收发模块之间，用以检测该电池的起始电压值及放电电流值，再通过该无线收发模块将该起始电压值及放电电流值转换为无线信号信号对外传送； 一个放电检测电阻装置，电连接至该电池的嵌入式电压电流检测模块的输出端及该电池电极，并包含有一个驱动电路单元、一个开关电路及数个电阻，其中该驱动电路单元连接至电压电流检测模块输出端，以通过开关电路控制特定电阻与电池电极构成电连接，以产生不同检测用的放电电流； 一个无线监控计算机，与该电池的无线收发装置无线连结，以接收该电池的起始电压值及放电电流值，又该无线监控计算机发送检测命令至该电池，该嵌入式电压电流检测模块依据检测命令切换放电检测电阻装置的不同电阻值电阻与电池电极连接，以取得不同放电电流值；又该无线监控计算机预设有各种电池的满电电压值、无电电压值以及多项式加成电流方程式；及 一个电源供应器，连接至该电池电极及无线监控计算机，以受该无线监控计算机的控制输出充电电压至该电池电极。
8.根据权利要求7所述的电池电量残量预估系统，其特征在于该无线监控计算机进一步储存有各种电池的标准放电时间、标准电容值、满电电压值、无电电压值以及各电池在不同起始电压值的电容量计算方程式。
9.根据权利要求7所述的电池电量残量预估系统，其特征在于各起始电压方程式由数起始电压值及其修正后电容量推得，其中各修正后电容量是以修正后电容量计算式计算而得，而修正后电容量计算式是以所量测的放电时间除以电池的标准放电时间再乘以电池的标准电容量。
10.根据权利要求9所述的电池电量残量预估系统，其特征在于上述计算电池电容量中依据电池的起始电压值判断对应的起始电压方程式，再将起始电压值、放电时间、标准放电时间及修正后的电容量代入对应的起始电压方程式，计算出目前电池的电容量，而该多项式加成电流方程式为一四阶方程式y = -0. 68x4+3. 588x3-5. 954x2+5. 898x-0. 952，其中y为加成电流值，X为该放电电流值。
全文摘要
本发明是关于一种电池电量残量预估方法及其系统，主要取得待测电池起始电压值及放电时间，先求得电池的电容量，再将不同放电电流带入多项式加成电流方程式，求得该待测电池的加成电流值，最后再以电容量与加成电流值计算出电池电量残量，可大幅减少既有残量预估方法直接取电池电压及电流进行预估所造成的误差，本发明能提供精确电池电量的残量预估。
文档编号G01R31/36GK102636754SQ20111003610
公开日2012年8月15日 申请日期2011年2月11日 优先权日2011年2月11日
发明者林郁凯, 白富升, 郑铭扬, 黄世杰, 黄柏阁 申请人:成功大学