[发明专利]电池测量方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量方法及装置，特别涉及一种可测量电池的电量状态的电池测量方法及装置。

背景技术

电池要能正常工作，必须特别注意要防止电池的过度充电或过度放电，以避免导致电池内部电化学结构改变，而影响电池的储能功能或寿命降低。因此为了避免发生这种现象，则必须在电池靠近充电电压上限或是放电电压下限时，就必须提停止对电池进行的充电或放电动作。故通过对电池电量状态(State-of-Charge；SOC)的测量，不但可以预测电池在充、放电过程中产生的电化学变化，并可确保电池能够在安全范围内使用及提升使用效率。

然而在电池测量过程中，因电池的充放电使得电池内部的电化学反应复杂，例如不同电池种类使用不同材料或不同内部架构，造成影响电池电量测量的因素相对变多。因此现有许多测量电池方法已被提出，通过测量随电池SOC变动的参数，以推导出电池的SOC。而这些常用的方法包括有：放电测试法(discharge test)、电解液浓度测量法(electrolyte concentration measuring)、库仑电量检测法(coulomb/ampere hour counting)、有载电压检测法(loaded voltage measuring)、内阻测试法(internal resistance measuring)、开路电压法(open circuit voltage measuring)、电化学阻抗频谱分析法(electrochemical impedance spectroscopy)等等。

举例来说，若以开路电压法测量电池SOC，其测量方式是使电池成为开路状态，并等待电池浓度均匀分布之后，电池的SOC与开路电压将呈现近似正比关系，如图1所示，之后即可在S1的操作范围内利用电池开路电压与SOC之间对应关系求出目前电池SOC。故开路电压法架构简单，但缺点是测量时间过长需受限于电池长时间静置影响。且，对于某些开路电压对应SOC变化很小的电池(例如磷酸锂铁电池)，开路电压法仍然不足以准确地估测SOC值。

此外再以电化学阻抗频谱分析法测量电池SOC而言，此方法提供多组不同扫描频率波形给电池，并读取电池的反应波形加以分析，以找出求得电池SOC相关参数。但此方法搜集相关参数耗时过多时间，且须考虑电池极化现象的因素，故造成内部计算过程复杂，且所需测量设备成本高，需离线进行测量，无法满足一般电池管理系统的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电池测量方法及其装置，以使电池的电量测量可以快速准确，并且所需的测量元件可直接设置在电池组管理系统上，以方便进行测量。

根据本发明的一种实施例，提供一种电池测量方法，包括下列步骤：(a)测量取得电池根据输入的一脉冲所响应输出的一实际曲线；(b)决定该电池的一组参数；(c)以此参数计算出电池根据脉冲所响应输出的一模拟曲线；(d)比较模拟曲线与实际曲线之间的差异是否为可接受；(e)当步骤(d)判断为否，则回到步骤(b)执行；(f)当步骤(d)判断为是，则以此参数查询一对应关系以找出该电池的电量状态(SOC)，该对应关系记录有该电池的电量状态与该电池的一电荷转移阻抗(charge transfer resistance)之间的对应内容。

上述输入给电池的脉冲，其脉宽时间小于或等于10毫秒(ms)，以及其脉冲高度为小于或等于2安培。

上述步骤(f)中使用参数中的电荷转移阻抗(charge transfer resistance)的Rct电阻值以从该对应关系中找出该电池的电量状态。

根据本发明的另一种实施例，提供一种电池测量装置，包括一脉冲产生器、一模数转换器、一控制器。脉冲产生器输出一脉冲给该电池。模数转换器是测量电池的输出电压。控制器耦接于脉冲产生器与模数转换器，且控制脉冲产生器输出该脉冲，并通过模数转换器以测量取得电池根据脉冲所响应输出的一实际曲线，以及通过计算方式取得电池根据脉冲所响应输出的一模拟曲线，而所计算出的模拟曲线与实际曲线的差异是在一可接受范围内。

上述模拟曲线的计算方式是通过决定电池的一组参数并配合脉冲进行计算取得。且控制器利用此参数查询一对应关系以找出电池的电量状态(SOC)，而此对应关系是记录有该电池的电量状态与该电池的一电荷转移阻抗(charge transfer resistance)之间的对应内容。