[发明专利]测量电池组的直流内阻、全充容量及剩余电量的方法

说明书

技术领域

本发明关于一种电池电容量的测量方法，特别是有关于建立一固定电流的放电回路，所测量直流内阻来得到锂电池电容量的方法。

背景技术

电池可说是一切便携式电子装置动力来源，但凡：移动电话、笔记本电脑、个人数字助理、随身听等等，皆有赖电池提供电力。便携式电子装置多会采取电池再充电的方式，亦即使用二次电池，将原来耗损的电能补充回来。

二次电池的老化，最常看见也最容易察觉的就是内阻的改变，电池芯出厂时的内阻是很小的，但经过长期充放电后，会使得内阻逐渐增加，直到内阻大到电池内部的电量无法正常释放出来，相对的电池容量也会下降，大部分老化的电池都是因为内阻过大的原因而造成无法使用。

一电池管理良好的二次电池通常可被重复充电数百次，甚至达数千次才会老化。

二次锂电池近几年来的运用无所不在，尽管锂电池优点很多，但是所有锂电池都有个缺点那就是怕过度充电与过度放电，如果过度充电或短路，会造成电池温度升高，而破坏电池结构，最后可能使得电池爆炸。充电时，当电压上升到4.30±0.05V时，应立即停止充电，以避免电池过充而产生危险；而当电池供电(放电)时，电池电压如果降至2.3±0.1V以下，要立即停止放电，以免电池过度放电而损毁电池的使用寿命。

不过，被量度到的电池电压V_CELL未必能真实反映电池的开路电压V_OC。主要的原因是电池的特性具有一内电阻R_INT。所述内电阻所反映的电压值和充电的电流或放电电流I有关，一如下列方程式所表示：

V_BAT＝V_OC+I*R_INT

典型的电池内电阻R_INT值约有100m欧姆之多。如此当充电的电流I是1A时，则当电池电压V_OC实际值是4.1V，所量到的电压V_BAT却是4.2V。另一方面若是发生于放电的时候，所量到的电池电压V_BAT则是4.0V，因为此时电流I是-1A。

因此，若不把电池内阻的因素列入考量，充电器就会有电池充电不足或者放电过头的问题，另外对于电池电量的计算，也会因电池内阻值不准因而电池电量的计算不准。

因此如何准确测量一经过长期充放电后而逐渐增加的电池内阻，成为电池管理的芯片设计很重要的一部份。然而先前发表过的一些技术，在复杂度及精确度上还有改进空间。如美国德州仪器(TI)使用的方法(US6832171)来估测剩余放电容量及老化程度，其测量方法如下所述：

请参考图1所示，一电池包(battery pack)包括电池组10、电池管理系统20、充放电晶体管40及电阻50，此电池包对负载30(system load)进行放电，其大小为I_LOAD，电池组两端的电压为V_BAT。电流流经电阻50，测量电阻50的两端电压可以得到I_LOAD。测量电池组10的开路电压V_OC，可以得到电池的直流内阻DCIR＝(V_OC-V_BAT)/I_LOAD。

请参考图2所示，于放电过程中，当放电深度(DOD：depth of discharge)介于0～80％时，每10％记录直流内阻R值，当放电深度介于80～100％，每3.3％记录R值，电流大小对R的影响以百分比补偿。其中OCV为电池组的开路电压，dV为电池的开路电压减电池组两端的电压，亦即V_OC-V_BAT。

R值储存表分两类：(1)Ra Table：没有温度修正的R值，(2)Rb Table：经过温度修正的R值。

然而此德州仪器(TI)使用的方法是基于系统负载电流I_LOAD来得到的直流内阻的测量技术，但因系统电流I_LOAD具有变动性与不稳定性，采用此方法所得的数据复杂不易分析得到准确的结果。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种以固定放电电流所量得的电池直流内阻，以测量电池电量的方法。

本发明关于一种电池电容量的测量方法。特别是有关于建立一固定电流的放电回路，所测量直流内阻DCIR来得到锂电池电容量的方法，可免除系统负载变动造成的测量误差。