[发明专利]二次电池容量估算法

说明书

技术领域

本发明涉及一种计算二次电池残存容量的方法，适用于二次电池在各系统中实际的使用情况。

背景技术

首先对于目前估算电池残存容量的方法，做一简易说明，如图1所示一般以电池为电源的系统，该系统包括一ADC(模拟数字转换)单元(2)连接电池以读取电池的电压、电流和温度，一电池组单元(1)提供系统电源，一微处理单元(3)能读取电池的电压、电流和温度，计算电池的残存容量，一操作设备(4)提能供电池充电电源和放电负载；由ADC量测出电池(充放电、待命，任何时刻)的电压(V)电流(I)与温度(T)，另外一微处理IC经由这些电池电压(V)、电流(I)与温度(T)数据可以计算电池的容量与状况加以处理给外界知道。

电池的容量是以电量为单位，例如标示4000mAh容量的电池表示若以4000mA的电流放电可放电一小时。电流×时间＝电量(库伦)。微处理IC在电池充电(电流为正)和放电(电流为负)的过程中持续周期监测电流大小，累积计算输出入的电量即可得知电池在充放电过程输入输出的电量(此方式称为库伦计算法)，以此方式在规定的充放电截止条件(例如锂电池以4.2V为充饱电压截止条件，3.0V为放电电压截止条件)量测电池在规定的温度、电流下完整充放电循环里所输出的电量来表示电池的额定容量。

在实际电池运用上，由于使用在不同的环境(负载，温度随时改变)和电池本身化学特性(老化，储存电量递减)，使得预估电池容量，提醒使用者电源状况，变得复杂、难以精准估算。电池的化学反应经过长期充放电后会有老化的情况造成电池使用的寿命减短，使用时间缩短。使用者难以准确得知电池的真实状况；例如传统锂电池由于以截止充电电流、电压为终止充电的条件和截止放电电压(cut off voltage)为终止放电的条件因此造成计算电池残存容量不易估算，又由于电池化学的特性容量会随时间(老化)与放电时的电压、电流和温度大小非线性的变化，更增加精确计算电池残存容量的困难度。目前为准确估计电池残存容量，除使用库伦计算法之外，常使用的辅助修正方法大致有以下两类。

一、放电条件查表法

以实验事先仿真系统的状况得到电池在不同放电电压、电流和温度时的绝对残存容量关系表格，当实际系统以电池为电源时可根据量测的放电电压、电流和温度查表得知残存容量。缺点是要做许多实验，同时电池老化的因素并未完全考虑进去。

二、内阻校正法

以实验量测电池内阻与温度和残存容量的关系，系统可根据量测的电池内阻修正计算残存容量，由于内阻反映了电池老化的因素因此相对估算结果较准确。但量测精确内阻不容易，易干扰充放电的程序，同时事前要费许多时间做实验以得到此电池内阻与残存容量关系的表格。

另外对于不要求精准计算电池残存容量的系统，常以格数表示电池容量，例如总共四格一格代表25％四格全亮代表充满，其做法是以放电时电池的电压为准对照容量比例，例如一般锂电池4.2V代表100％，3.0V代表0％，未考虑电池老化内阻变化，与电流、温度变动的情况，因此残存容量准确度误差颇大，造成使用上的不方便。

发明内容

有关本发明为实现上述目的、特征所采用的技术手段及其功效，兹例举较佳实施例并结合附图说明如下。

图1是本发明实施例的范例架构示意图。

整个电池充放电容量估算的程序可以图2流程说明。

持续读取电池的电压(V)、放电电流(I)和温度(T)同时根据电流(I)判断电池是在充电(大于一临界正电流)，放电(小于一临界负电流)或是待命状态(电流近似零)，若是充电状态，此时根据的前容量Qc，再累加此时期输入的电量Ixdt；若是接近设定的充电截止条件范围则根据方法中判断电流是否小于Istart若是则以修正电流Ic计算容量，若否则以I计算容量，最后判断更新电池充饱容量(FCC)的条件，决定是否更新FCC。

若是放电状态，此时根据的前容量Qi，再累减放电时期输出的电量Ixdt得到Qr；同时评估电压是否小于Vstart若是则检测预测达到零点电压(Vo)的时间To，以计算修正电流Ic＝Qc/To计算修正的容量Qc＝Qc-Icxdt使得趋近于零点容量。由于是以放电零点电压为目标修正电池残存容量，因此当电压接近零点电压时，电池残存容量渐成为零。