[发明专利]电池性能监控

说明书

技术领域

本发明一般相关评估电池状况的领域，尤其相关例如机动车辆及船舶应用中，在蓄电池受到各样负载及再充电顺序约束的环境中，所使用电池的充电状态及健康状态的评估。

背景技术

1.概述

大众运输车辆、商用卡车、军用设备、船舶、飞机、电传设备、电气车辆、计算机系统及其它许多装置的安全及可靠操作，需要整合在该等系统中的电池具备能预测及可靠的性能。本发明相关电池监控设备，尤其相关用以监控一或多个电池状况的方法及装置，尤其用以不断地监控一或多个电池在使用中的性能特征。

过去，监控此类应用中所用电池的状况有所困难。此项困难的一方面相关与电池系统相关联的许多变量，包括动态及不能预期的工作周期、负载、环境、连接、充电系统、电池年龄、电池与电池的互动等。除了与监控受此类变量约束的电池系统相关联的困难外，在许多应用中方便地安装一监控系统有困难。此困难相关该(或该等)电池位置与操作者位置相隔甚远。例如，在一汽车中，该电池位在引擎室内，而受惠于电池性能信息的驾驶员(或该系统)则位在座舱内，此出现一接线问题，尤其若此一系统安装于一先存在的车辆中。困难也与区分一恰好放电的良好状况电池与一到达或接近使用寿命终点的电池相关联。最后，电池是使用在要求不同监控技术的不同环境中；更特定地，监控需要在短时间吸引高电流的引擎启动服务中使用的电池，与通常在较长时间吸引较少电流的″深周期″应用中使用的电池，适用不同技术。

更特定地，在许多电池应用中，例如，汽车及船舶应用，车辆系统及驾驶员了解电池的充电状态(″SOC″)(有时称为充电程度)及电池的健康状态(″SOH″)(有时称为电池寿命)是有用且重要的。SOC常以百分比表示，以便在100％SOC的电池视为完全充电，及在0％SOC的电池视为完全放电。SOH通常以百分比表示，以便将呈现100％SOH的电池视为新电池，及在0％SOH的电池已达其有用寿命终点，仅能在完全充电储存是新电池时所能储存能量的一部分(通常设定在60％)。

尤其地，通称为止起式车辆的一类汽车例如当该车辆遇红绿灯减速或休止时自动关掉引擎。当车辆关掉引擎休止时，头灯、空调、媒体设备等所有车辆系统是由电池供电。当驾驶想加速时，车辆自动命令引擎启动，以便车辆能继续行驶。此类车辆中的自动引擎控制系统(ECS)因该系统必须一直确保电池中仍有足够能量以启动引擎，因此需要极准确的SOC信息。基于SOC信息，ECS若判定仍有足够电池能量，则将容许自动关闭引擎。同样地，若SOC下降到一预设临限值以下，即使驾驶未曾应用加速器，为将电池充电，ECS会命令引擎启动。

SOH信息重要，主要是当电池达到其有用寿命终点时便于容许前摄地更换电池，而非正在使用车辆时电池不便地故障。更特定地，SOH测量电池储存能量的能力，其随着电池年龄而减低。电池的SOH是借由该电池在完全充电时能储存的能量与是新电池时能储存的能量相比较而得出。例如，具有100安培-小时(Ah)容量的新电池当完全充电时仅能储存60Ah的能量时，视为已达寿命终点(SOH＝0％)。

因此，为一起止式车辆(及其它许多电池应用中)的适当操作，必须准确地评估SOH及SOC以确保电池一直包含足够能量以适当作用在该系统中。

2.专用术语

电池的不同部分及相关工业以不同方式使用相同术语，尤其是″容量″；定义数个术语如下，以便清楚了解本发明。

目前能力(″Ca″)-一电池在任一已知时间所储存能量的度量。

最大能力(″Cm″)-一电池在其整个寿命期间的任一点储存最大能量的度量。

有效能力(″Ce″)-一电池在其寿命中的一已知点储存最大能量的度量。

生命终点能力(″Ceol″)-一电池在其有用寿命终点储存能量的度量。

因此，当一电池在高峰状况中(通常是刚使用不久，如以下的讨论)及完全充电时，其目前能力Ca等于其有效能力Ce，及此有效能力等于其最大能力Cm。

随着时间经过，一电池的有效能力Ce相对于其最大能力Cm而减少；Ce与Cm的关系称为电池的健康状态(″SOH″)。当一电池的有效能力Ce等于其生命终点能力Ceol时即视为超出使用期限。Ceol能随意地设定，如设定成0.6 Cm。为以百分比表示SOH，以便当Ce＝Cm时SOH＝100％，当Ce＝Ceol时SOH＝0％，因此Ce-Ceol除以Cm-Ceol及乘以100。