專利名稱：放電曲線的校正系統與電池的放電曲線的校正方法
技術領域：
本發明為一種電池的電量估計方法以及放電曲線的校正系統，特別是可針對電池老化進行校正的電量估計方法以及校正系統。
背景技術：
由于科技的進步，電子產品也趨向于輕、薄、短、小的特性發展。而在許多電子產品中，經常會利用電池來提供該電子產品所需的電能，尤其是在移動式電子產品(如手機或是電動車)中，更是只能依賴電池來供應電力。一般的電子產品利用一電量估測方法，估測電池的電力，并將結果顯示在電子產品的屏幕上，好讓使用者能即時得知電池容量。電池是化學能的產品，其會隨著使用狀況(例如充放電次數)而老化，如果是電量估測方法并無考慮到電池老化的話，則可能發生不準確的情況。
發明內容
本發明的一實施例提供一種電池的放電曲線的校正方法。該方法包括取得一電池的一初始放電曲線；于一第一時間點以及一第二時間點分別測量該電池的一第一開路電壓以及一第二開路電壓；取得該初始放電曲線中分別對應于該第一開路電壓以及該第二開路電壓放電量的一第一放電量以及一第二放電量；根據該第一放電量與該第二放電量計算一理想放電量；測量該電池于該第一時間點與該第二時間點間的一實際放電量；以及根據該理想放電量與該實際放電量的一總放電量差值校正量校正該初始放電曲線以得到該電池的一目前放電曲線。本發明的另一實施例提供一種放電曲線的校正系統，用以校正一電池的一初始電容放電曲線，該校正系統包括一放電測量量單元以及一控制器。該放電測量量單元，耦接該電池，用以測量該電池的放電量。該控制器根據該初始電容放電曲線、該電池于一第一時間點的一第一開路電壓以及在一第二時間點的一第二開路電壓計算一理想放電量，以及控制該放電測量量單元測量于該第一時間點與該第二時間點間的一實際放電量。該控制器根據該理想放電量與該實際放電量的一總放電量差值校正該初始放電曲線以得到該電池的一目前放電曲線。本發明根據電池目前狀態來校正初始電池放電曲線，以得到符合電池現狀的目前放電曲線，從而不會因電池老化而不能準確估計電池容量。并且讓使用該電池的電子裝置通過目前放電曲線更正確地得到電池目前的容量以進行后續的控制。
圖1為一電池放電曲線示意圖。圖2為電池在老化狀態與初始狀態的一電池容量差以及一近似曲線示意圖。圖3為根據本發明的一放電曲線的校正系統的一實施例的示意圖。
圖4為一電池放電曲線的校正方法的一實施例的流程圖。主要元件符號說明31 控制器32 電池33 放電測量量單元34 初始電容放電曲線
具體實施例方式有關本發明的前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考附圖的一優選實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如:上、下、左、右、前或后等，僅是參考附加附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明并非用來限制本發明。圖1為一電池放電曲線示意圖。圖1的縱軸是電池的開路電壓(open circuitvoltage，0CV)，而橫軸是電池的放電容量。電池在經過反復放電后，電池會因為老化使得電池在相同的開路電壓下，電池的放電容量會降低。因此會造成電池的初始放電容量曲線11與目前放電容量曲線12有誤差。電池的初始放電容量曲線11可能由電池制造商所提供，或是當電子裝置初次使用該電池時所求得。而目前放電容量曲線12則為電池經過一段時間使用(例如經多次充放電)之后開路電壓相對于真實放電容量的曲線。要注意的是，前述的開路電壓指的是電池放電后靜置一段時間的端點電壓。在實施應用上，通常需要利用充放電器(recharge and discharge machine)來測量開路電壓和放電容量。由于開路電壓須電池放電后靜置一段時間才能測量，因此使用者在實際應用上不易逐點測量電池的開路電壓。在圖1中，初始放電容量曲線11具有多個取樣點，每個取樣點分別對應一放電量以及一開路電壓，且除了第一個放電間隔與最后一個放電間隔之外，任兩取樣點之間的一放電間隔為一定值。在一實施例中，以此定值為0.3333Ah為例，即是說，將電池充飽，并開始放電，并在每放電0.3333Ah時記錄一取樣點。當電池放電到放電截止電壓時，有可能最后的放電量會不到0.3333Ah。相反地，如果電池完全放電，再開始充電，每充電0.3333Ah記錄一取樣點以得到電池的一充電容量曲線。當電池充電到充電截止電壓時，有可能最后的充電量會不到0.3333Ah。因此第一個放電間隔與最后一個放電間隔可與其余放電間隔具有不同的電量。電池的初始放電容量曲線11上的每兩點之間的放電容量都是固定的。當電池放電一固定量的電荷時，該電池的開路電壓被測量且記錄。因此，在另一種實施方式中，電池的初始放電容量曲線11可以被以電池容量與電池開路電壓的對照表的形式表示。同樣地，電池的目前放電容量曲線12也是針對電池每放電一固定量的電荷后，測量該電池的開路電壓所得到。在一實施例中，一庫侖計量器(coulomb counter)被用來測量電池的放電量，且一電壓測量電路被用來測量電池的 開路電壓。如圖1所示，隨著開路電壓的降低，電池的初始放電容量曲線11以及目前放電容量曲線12差異逐漸增大。也就是說，理想放電容量與實際放電容量的差異是逐漸增加。因此本發明提出一個電池的放電曲線的校正方法，可根據電池在兩個開路電壓間理想放電量與實際放電量的放電量差值來校正初始放電容量曲線11，以得到目前放電容量曲線12。使用該電池的電子裝置便可以通過電池老化曲線更正確地得到電池目前的容量以進行后續的控制。請一并參考圖1與圖2。圖2為電池在老化狀態(即經過多次充放電后的狀態)與初始狀態(即電池出廠時的狀態)的一電池容量差以及一近似曲線示意圖。圖2中的電池容量差曲線21是根據圖1的初始放電容量曲線11與目前放電容量曲線12所得到。電池容量差曲線21的縱軸為相同的開路電壓下，初始放電容量曲線11與目前放電容量曲線12的放電量差值。電池容量差曲線21的橫軸為初始放電容量曲線11的電池放電容量除以電池的初始總容量一殘電容量值(state of charge, S0C)。而近似曲線22則是根據圖1的取樣點13a、13b、14a以及14b所得到。取樣點13a表不在一第一開路電壓時,對應該初始放電容量曲線11,該電池的一
第一放電容量。取樣點14a表不在一第二開路電壓時,對應該初始放電容量曲線11,該電池的一
第二放電容量。取樣點13b表不在該第一開路電壓時,該電池實際放電的一第三放電容量。取樣點14b表示在該第二開路電壓時，該電池實際放電的一第四放電容量。在圖2中，第一取樣點23的縱軸和橫軸分別表不圖1中取樣點13a與13b的放電容量差值以及對應的殘電容量值。第二取樣點24的縱軸和橫軸分別表示圖1中測量點14a與14b的放電容量差值以及對應的殘電容量值。根據第一取樣點23與第二取樣點24便可得到近似曲線22。如前所述，本發明可根據電池在兩個開路電壓間理想放電量與實際放電量的總放電量差值來校正初始放電容量曲線11，以得到目前放電容量曲線12。本段落說明如何得知上述理想放電量。以圖1為例，當電池靜置一段時間后，在一第一時間點測量電池的開路電壓為3.3164V。對應到初始放電容量曲線11可得知此時放電容量應為2.0204 (Ah)，也就如圖1中取樣點13a所示。當電池被使用一段時間或持續放電一段時間后，在一第二時間點測量電池的開路電壓為3.157IV，對應到初始放電容量曲線11可得知此時放電容量應為9.4386 (Ah)，如圖1中測量點14a所示。也就是說，可由初始放電容量曲線11中得知第一時間點與第二時間點之間的理想放電量為
9.4386-2.0204=7.4182 (Ah)。以下接著說明如何得知上述實際放電量。可通過一放電測量量單元(例如為庫侖計量器)測量此電池于第一時間點與第二時間點間的實際放電量。目前實際的放電容量，如圖1中取樣點13b所示。對應取樣點13b的第三放電容量的一種求得方式可通過下列方式得到:首先將電池充飽電后，同時將庫侖計量器歸零。接著由該庫侖計量器測量電池的放電量，并且于第一時間點由一控制器讀取該庫侖計量器以得到該第三放電容量。 當電池被使用一段時間或持續放電一段時間后，在一第二時間點測量電池的開路電壓為3.1571V，對應到初始放電容量曲線11可得知此時放電容量應為9.4386 (Ah)，也就如圖1中取樣點14a所示。此時可以通過庫侖計量器測量電池目前實際的放電容量，如圖1中測量點14b所示。
根據初始放電容量曲線11可得到測量點13a與14a的一理想放電量為
7.4182 (Ah)。而通過庫侖計量器可得知測量點13b與14b的一實際放電量為6.8476 (Ah)。由于本發明是根據理想放電量與實際放電量的總放電量差值來校正初始放電容量曲線U。庫侖計量器只需要得知電池實際的放電量，因此在另一實施例中，可在第一時間點時將庫侖計量器歸零，接著在第二時間點由控制器讀取該庫侖計量器以得到該實際放電量差值即可。根據該理想放電量與該實際放電量可得到圖2所示的第一取樣測量點23與第二取樣測量點24之間一總放電量差值為0.5705 (Ah)。在圖1中，初始放電容量曲線11上的每兩個相鄰取樣點之間的放電容量差值為
0.3333 (Ah)。換句話說，每一個放電間隔對應的放電容量差值為0.3333 (Ah)。根據初始放電容量曲線11，取樣點13a與取樣點14a的理想放電量為7.4182 (Ah)，因此由取樣點13a與取樣點14a的放電間隔的數量可由下列式子所得:7.4182/0.3333=22.2545將總放電量差值平均修正到這些放電間隔，平均每個放電間隔所得到的一平均放電量差值可由下列式子所得:0.5705/22.2545=0.0256 (Ah)接著，將初始放電容量曲線11轉換對應每個取樣點的放電容量值，便可得到下列每個放電間隔的放電容量:0.3111 0.6444 0.9777 1.3110 1.64431.9776 2.3109 2.6442 2.9775 3.31083.6441 3.9774 4.3107 4.6440 4.97735.3106 5.6439 5.9772 6.3105 6.64386.9771 7.3104 7.6437 7.9770 8.31038.6436 8.9769 9.3102 9.6435 9.976810.310 10.505每兩個相臨取樣點相減可得到每個放電間隔的放電容量差值如下(基準點的放電容量為O):0.3111 0.3333 0.3333 0.3333 0.33330.3333 0.3333 0.3333 0.3333 0.33330.3333 0.3333 0.3333 0.3333 0.33330.3333 0.3333 0.3333 0.3333 0.33330.3333 0.3333 0.3333 0.3333 0.33330.3333 0.3333 0.3333 0.3333 0.33330.3333 0.1953將前述每個放電間隔的放電容量差值0.3333 (Ah)扣除平均放電量差值
0.0256 (Ah)可得到新的放電容量差值為0.3077。而第一個放電間隔的放電容量差值由下列式子可得:(0.3111/0.3333) X0.3077=0.2872最后一個放電間閣的放電容量差值由下列式子可得:
(0.1953/0.3333) X0.3077=0.1802校正后每個放電間隔的放電容量差值如下(基準點的放電容量為O):0.2872 0.3077 0.3077 0.3077 0.30770.3077 0.3077 0.3077 0.3077 0.30770.3077 0.3077 0.3077 0.3077 0.30770.3077 0.3077 0.3077 0.3077 0.30770.3077 0.3077 0.3077 0.3077 0.30770.3077 0.3077 0.3077 0.3077 0.30770.3077 0.1802根據上述的放電間隔的放電容量差值還原對應初始放電容量曲線11每一點的放電容量值，列示如下:0.2872 0.5949 0.9025 1.2102 1.51781.8255 2.1332 2.4408 2.7485 3.05613.3638 3.6714 3.9791 4.2867 4.28674.5944 4.9020 5.2097 5.5174 5.82506.1327 6.4403 6.7480 7.0556 7.36337.6409 7.9786 5.2862 8.5939 8.90169.5169 9.6971根據上述的放電容量值以及對應的開路電壓，便可描繪出電池的目前放電曲線
12。通過電池的目前放電曲線12，電子裝置內的控制器便可更精確地估計目前電池的殘電容量，并根據該殘電容量對電子裝置進行對應的控制。雖然圖1與圖2是以電池放電的情況說明，但根據本發明前述的精神，也可將本發明提出的方法應用在電池充電的情形，以得到更接近電池目前狀態的充電曲線。通過修正后的電池目前放電曲線，使用電池的電子裝置可以更正確地估計電池的殘電容量，并根據電池的殘電容量做適應性的控制。值得一提的是，在現有技術中，存儲目前放電曲線12時通常需要將每個取樣點以及各取樣點對應的開路電壓全部存儲于存儲器中。但本發明采用了與現有技術不同的存儲方法。在前述實施例中，主要在于校正初始放電容量曲線11的放電間隔，以得到目前放電曲線12。目前放電曲線12與初始放電容量曲線11中對應取樣點的開路電壓均相同。且除了第一個與最后一個放電間隔之外，中間放電間隔的放電容量差值也相同。因此本發明存儲校正后的目前放電曲線12時，僅需要存儲各取樣點對應的開路電壓、中間放電間隔的放電容量差值、第一個間隔與中間放電間隔的比例以及最后一個放電間隔與中間放電間隔的比例。以圖1為例，存儲目前放電曲線12僅需要32個存儲器容量存儲開路電壓，I個存儲器容量存儲初始放電容量曲線11的中間放電間隔的放電容量差值，以及2個存儲器容量存儲第一個與最后一個放電間隔與中間放電間隔的比例。也就是說僅需要35個存儲器容量即可存儲目前放電曲線12的完整信息。相較于現有技術所需的32+32個存儲器容量，本發明可省下近半的存儲器容量。特別是，校正具有相同初始放電容量曲線11的多個電池(例如一電池組中的多個電池)時，更可省下大量的存儲器容量。以存儲16個電池的目前放電曲線12為例。由于每個電池的目前放電曲線12均由相同的初始放電容量曲線11校正所得。因此每個電池的目前放電曲線12對應的開路電壓可共用，且第一個與最后一個放電間隔與中間放電間隔的比例也相同。僅有初始放電容量曲線11的中間放電間隔的放電容量差值不同。因此僅需要32個存儲器容量存儲開路電壓，2個存儲器容量存儲第一個與最后一個放電間隔與中間放電間隔的比例，以及I X 16個存儲器容量存儲初始放電容量曲線11的中間放電間隔的放電容量差值。也就是說僅需要50個存儲器容量即可存儲目前放電曲線12的完整信息。相較于現有技術所需的(32+32) X 16個存儲器容量，本發明可省下大量的存儲器容量。圖3為根據本發明的一放電曲線的校正系統的一實施例的示意圖。放電曲線的校正系統可用以校正一電池32的一初始電容放電曲線34，此放電曲線的校正系統包括一控制器31以及一放電測量量單元33。放電測量量單元33耦接在電池32與一負載電路(圖中未示)之間，用以測量由電池32傳送給負載電路的電荷量。初始電容放電曲線34可能由電池的制造商所提供或是當電池32初次被使用在電子系統時，由控制器31與放電測量量單元33測量所得。此放電測量量單元33優選為一庫侖計數器。當電池32經過反復的充電與放電過程后，會使得電池32老化，造成電池32的電壓與對應的放電容量(或是殘電容量)無法符合初始電池放電曲線34，因此控制器31需根據電池32的目前狀態來校正初始電池放電曲線34，以產生符合電池32現狀的電池放電曲線。控制器31可根據初始電容放電曲線34、電池32于一第一時間點的一第一開路電壓以及一第二開路電壓計算一理想放電量。并且控制放電測量量單元33測量電池32在該第一時間點與該第二時間點間的一實際放電量。根據該理想放電量與該實際放電量的一總放電量差值，控制器31可校正初始放電曲線34以得到此電池32的一目前放電曲線。在一實施例中,控制器31可在第一時間點先測量電池32的第一開路電壓,接著根據該第一開路電壓查詢初始電池放電曲線34以得到第一放電量。控制器31將放電測量量單元33歸零后，放電測量量單元33開始測量由電池32輸出的電荷量。在第二時間點時，控制器31測量電池32的第二開路電壓，并根據該第二開路電壓查詢初始電池放電曲線34以得到第二放電量。控制器31接著自放電測量量單元33測量電池32于第一時間點和第二時間點之間的一實際放電量。控制器31根據第一放電量與第二放電量計算一理想放電量。接著根據理想放電量與實際放電量計算一總放電量差值。初始電池放電曲線34具有多個取樣點，各取樣點分別對應一放電量以及一開路電壓。每兩相臨取樣點之間為一放電間隔。在一實施例中，除第一個與最后一個放電間隔夕卜，每一中間放電間隔的放電容量為一定值。在一實施例中，將電池32充飽，并開始放電。電池32每放電0.3333Ah時記錄一取樣點并記錄電池32的開路電壓。控制器31先根據該理想放電量與每一放電間隔的放電量計算該第一時間點至該第二時間點經過多少個放電間隔。假設自第一時間點至該第二時間點總過經過了 N個放電間隔，該總放電量差值為X(Ah)，則每一個放電間隔的一平均放電量差值為X/N(Ah)。接著根據該平均放電量差值對該初始電池放電曲線34進行校正以得到目前電池的一放電曲線。關于平均放電量差值的詳細說明請參考圖1與圖2的說明。圖4為一電池放電曲線的校正方法的一實施例的流程圖。在步驟S41中，一控制器先取得一電池的初始OCV曲線。該初始OCV曲線包含多個取樣點，該初始OCV曲線的橫軸表示電池的電容量，縱軸表示電池的開路電壓。初始OCV曲線可能是電池的初始充電曲線或初始放電曲線。在本實施例中，初始OCV曲線是以電池的初始放電曲線為例說明。在另一實施方式中，該初始OCV曲線的橫軸表不電池的放電容量或充電容電,縱軸表不電池的開路電壓。在步驟S42中，控制器于第一時間點量得電池的一第一開路電壓，以及在一第二時間點量得電池的一第二開路電壓。在步驟S43中，控制器取得初始OCV曲線中分別對應于該第一開路電壓以及該第二開路電壓的一第一放電量以及一第二放電量。在步驟S44中，控制器根據該第一放電量與該第二放電量計算一理想放電量。在步驟S45中，測量該電池于該第一時間點與該第二時間點間的一實際放電量。接著在步驟S46中，根據該理想放電量以及該實際放電量的一總放電量差值校正該初始OCV曲線以得到該電池的一目前OCV曲線。然而以上所述僅為本發明的優選實施例而已，當不能以此限定本發明實施的范圍，即大凡依本發明權利要求書及發明說明內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的范圍內。另外本發明的任一實施例或權利要求不須達成本發明所公開的全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，并非用來限制本發明的權利范圍。
權利要求
1.一種電池的放電曲線的校正方法，包括: 取得一電池的一初始放電曲線； 在一第一時間點以及一第二時間點分別測量該電池的一第一開路電壓以及一第二開路電壓； 取得該初始放電曲線中分別對應于該第一開路電壓以及該第二開路電壓的一第一放電量以及一第二放電量； 根據該第一放電量與該第二放電量計算一理想放電量； 測量該電池于該第一時間點與該第二時間點之間的一實際放電量；以及根據該理想放電量與該實際放電量的一總放電量差值校正該初始放電曲線以得到該電池的一目前放電曲線。
2.按權利要求1所述的電池的放電曲線的校正方法，其中在測量該電池于該第一時間點與該第二時間點間的一實際放電量的步驟還包括: 通過一庫侖計數器測量該實際放電量。
3.按權利要求2所述的電池的放電曲線的校正方法，其中該庫侖計數器于該第一時間點歸零。
4.按權利要求1所述的電池的放電曲線的校正方法,還包括: 根據該理想放電量計算該第一時間點至該第二時間點間的一放電間隔的數量。
5.按權利要求4所述的電池的放電曲線的校正方法，還包括: 根據該放電間隔的數量與該總放電量差值計算該放電間隔的一平均放電量差值；以及 根據該平均放電量差值以及該放電間隔校正該初始放電曲線。
6.按權利要求1所述的電池的放電曲線的校正方法，其中該初始放電曲線包括多個取樣點，各該取樣點分別對應一放電量以及一開路電壓，在根據該理想放電量與該實際放電量的一總放電量差值校正該初始放電曲線以得到該電池的一目前放電曲線的步驟還包括: 根據該總放電量差值校正任兩相鄰取樣點之間的一放電間隔以得到該電池的該目前放電曲線。
7.一種放電曲線的校正系統，用以校正一電池的一初始電容放電曲線，該校正系統包括: 一放電測量量單元，耦接該電池，該放電測量量單元用以測量該電池的放電量；以及一控制器，根據該初始電容放電曲線、該電池于一第一時間點的一第一開路電壓以及在一第二時間點的一第二開路電壓計算一理想放電量，以及控制該放電測量量單元測量于該第一時間點與該第二時間點間的一實際放電量， 其中，該控制器根據該理想放電量與該實際放電量的一總放電量差值校正該初始放電曲線以得到該電池的一目前放電曲線。
8.按權利要求7所述的放電曲線的校正系統，其中該放電測量量單元為一庫侖計數器。
9.按權利要求8所述的放電曲線的校正系統,其中該控制器于該第一時間點將該庫侖計數器歸零以測量該實際放電量。
10.按權利要求7所述的放電曲線的校正系統， 其中該控制器更根據該第一開路電壓以及該第二開路電壓取得該初始放電曲線中分別對應于該第一開路電壓以及該第二開路電壓的一第一放電量以及一第二放電量，以計算該理想放電量。
11.按權利要求7所述的放電曲線的校正系統，其中該控制器根據該理想放電量計算該第一時間點至該第二時間點間的一放電間隔的數量。
12.按權利要求11所述的放電曲線的校正系統，其中該控制器根據該放電間隔的數量與該總放電量差值計算該放電間隔的一平均放電量差值，并根據該平均放電量差值以及該放電間隔校正該初始放電曲線。
13.按權利要求7所述的放電曲線的校正系統，其中該初始放電曲線包括多個取樣點，各該取樣點分別對應一放電量以及一開路電壓，且該控制器根據該總放電量差值校正任兩相鄰取樣點之間的一放電間 隔以得到該電池的該目前放電曲線。
全文摘要
一種放電曲線的校正系統與電池的放電曲線的校正方法。該方法包括取得一電池的一初始放電曲線；于一第一時間點以及一第二時間點分別測量該電池的一第一開路電壓以及一第二開路電壓；取得該初始放電曲線中分別對應于該第一開路電壓以及該第二開路電壓的一第一放電量以及一第二放電量；根據該第一放電量與該第二放電量計算一理想放電量；測量該電池于該第一時間點與該第二時間點之間的一實際放電量；根據該理想放電量與該實際放電量的一總放電量差值校正該初始放電曲線以得到該電池的一目前放電曲線。
文檔編號G01R31/36GK103091641SQ201310020129
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月18日 優先權日2012年1月20日
發明者顏圣賢 申請人:威盛電子股份有限公司