CN101900793B - 电池放电残余时间估测方法 - Google Patents

Abstract

一种电池放电残余时间估测方法包含：预设数个电池放电电流区间及数个电池放电方程式，且将各个电池放电电流区间的电池放电时间设定为零；侦测一电池放电电流、电压及时间；判断该电池放电电流是否超过所有对应放电电流区间范围；选择电池放电电流所对应的电池放电电流区间及其对应的电池放电方程式；计算电池放电残余时间估测值；记录该放电电流区间的放电时间；判断该电池放电电压是否低于一预先设定值，若该电池放电电压低于该预先设定值时；计算该电池放电残余时间估测误差，当该电池放电残余时间估测误差大于一预先设定值，则调整该电池放电方程式的参数，以降低该电池放电残余时间估测值的误差。

Description

电池放电残余时间估测方法

技术领域

本发明涉及一种电池(例如：锂铁电池)放电残余时间估测方法，该方法利用多重的波衣卡特方程式(multi-level Peukert equation)，利用检出放电电流，并依该检出的放电电流所在区间的波衣卡特方程式估算该电池放电残余时间，且记录该放电电流区间的放电时间；若该电池放电电压低于该预先设定值时，计算该电池放电残余时间估测误差，当该电池放电残余时间估测误差大于一预先设定值，则调整该相关的波衣卡特方程式的参数，以降低该电池放电残余时间估测值的误差。

背景技术

近几年过度使用石化原物料引发温室效应及全球气候变迁，因而发展新能源，如：太阳能、风能等。为有效管理及节约能源，需要大容量的储能元件。目前最为广泛应用的大容量储能元件为铅酸电池。虽然铅酸电池具有低成本及高容量的优点，但却无法利用大电流(例如：1C)充电方式减短充电时间。另外，铅酸电池的大电流放电往往导致其放电容量明显减少。锂铁电池具有铅酸电池无法达到之大电流充放电之特性，且锂铁电池大电流放电亦不会导致如铅酸电池的放电容量明显减少问题。此外，锂铁电池亦具有高安全性及高稳定性等优点，因此在未来大容量储能元件应用上锂铁电池将非常具有吸引力。

在电池使用过程中，电池放电残余时间准确估测对电池本身或其供电对象的用电设备可提高使用可靠度及安全性。举例而言，现有的电池残电量估测方法，如美国专利第4595880号，其揭示利用电池安培小时(ampere-hour)方法累积电池的实际放电容量，以便在一预定单位时间内计算平均放电电流，并将该平均放电电流代入波衣卡特方程式，计算电池放电容量；接着，再将该电池放电容量利用一电池充电状态方程式进行计算，以获得电池的放电状态，即电池的放电残电量。

显然，该美国专利第4595880号的电池残电量估测方法必须在预定单位时间内计算平均放电电流，且必须将该平均放电电流代入波衣卡特方程式，以计算电池放电容量。然而，波衣卡特方程式的参数必须另经由实验测试，并再经由计算实验数据方能获得，所以其缺点在于无法准确的依电池温度变化及电池老化程度同步修正波衣卡特方程式的参数。一旦电池放电电流变化较大、电池温度变化或电池老化时，该方法无法依据放电量误差修正波衣卡特方程式参数，因而造成较大的估测值的误差，且该方法并未估测电池放电残余时间。

另一现有电池残电量估测方法，如美国专利第5761072号，其揭示将电池放电电流利用两组预定方程式计算出两组不同的平均放电电流，并将该两组不同的平均放电电流代入波衣卡特方程式，以便计算出两组不同的电池放电容量，再计算出其权值电池放电容量；最后，将电池实际放电的容量及计算所得的权值电池放电容量代入一电池放电状态方程式，以获得电池的放电状态，即电池的放电残电量。

显然，该美国专利第5761072号的电池残电量估测方法利用电池特性参数计算两组不同的平均放电电流，且利用电池权值容量计算电池放电容量。一般而言，电池的放电反应为电化学反应。因此，若仅利用单一电池特性参数计算放电电流，该电池特性参数势必无法完全反应真实电池特性。事实上，电池放电容量往往易受操作方式、放电深度、环境温度等外在因素的影响。此外，由于前述方法仅采用单一组波衣卡特方程式计算电池放电容量，因此其易在不同放电电流下造成估测值的误差。同样的，前述方法不具有自动修正估测误差的功能，且亦并未估测电池放电残余时间。

简言之，前述现有电池残电量估测方法仍有必要进一步改善其缺点，以降低电池残电量估测值的误差。另外，前述现有利用波衣卡特方程式的电池残电量估测方法均未提供估测电池放电残余时间的相关技术。

另一现有电池残电量估测方法，如中国台湾专利公开案第200905230号，其揭示：预设数个电池放电电流区间及数个波衣卡特方程式，每个该波衣卡特方程式对应于该电池放电电流区间，且该波衣卡特方程式包含数个参数；侦测一电池放电电流；选择其对应电池放电电流区间的波衣卡特方程式；计算电池放电容量估测值及电池残电容量；若该电池放电电流区间需要变换时，计算变换该电池放电电流区间所需的容量修正因数，以便修正电池残电容量；若该电池放电容量估测值与实际电池放电量之间的误差值大于一预定值时，重新计算该波衣卡特方程式的参数。

虽然该第200905230号的电池残电量估测方法可利用提供自动修正波衣卡特方程式的参数方式修正该电池残电量估测值，但其亦未提供估测电池放电残余时间的相关修正技术。因此，一般现有电池残电量估测方法仍然存在需要提供估测电池放电残余时间的潜在需求。

有鉴于此，本发明为了满足上述需求，提供一种电池放电残余时间估测方法，其采用多重的波衣卡特方程式计算电池放电残余时间估测值，当该估测值的误差大于一预先设定值时，则调整相关波衣卡特方程式的参数，进而提高电池放电残余时间估测值的准确性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电池放电残余时间估测方法，其预设数个电池放电电流区间及其波衣卡特方程式，且将各个电池放电电流区间的电池放电时间预先设定值为零，通过侦测电池放电电流、电池放电时间及电池放电电压等资料，判断电池放电电流所对应的电池放电电流区间及其所有对应的波衣卡特方程式，再利用该对应的波衣卡特方程式计算电池放电残余时间估测值，并记录该放电电流区间的放电时间，当判断该电池放电电压低于一预先设定值，计算电池放电残余时间估测误差，当该电池放电残余时间估测误差大于一预先设定值时，则调整相关波衣卡特方程式的参数，以达成降低电池放电残余时间估测值误差的目的。

本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的：

一种电池放电残余时间估测方法，其特征在于：包括如下步骤：

a、预设数个电池放电电流区间及数个电池放电方程式，每个该电池放电方程式对应于一电池放电电流区间，且将各个电池放电电流区间的电池放电时间设定为零；

b、侦测一电池放电电流、一电池放电时间及一电池放电电压；

c、判断该电池放电电流是否超过其所有对应该电池放电电流区间范围，若该电池放电电流超过所有该电池放电电流区间的范围，则终止执行该电池放电残余时间估测方法；

d、若该电池放电电流在其所有对应该电池放电电流区间的范围内时，选择其对应电池放电电流区间的电池放电方程式；

e、计算电池放电残余时间估测值；

f、记录该放电电流区间的放电时间；

g、判断该电池放电电压是否低于一预先设定值，若该电池放电电压高于该预先设定值时，返回步骤b；

h、若该电池放电电压低于该预先设定值时，则计算该电池放电残余时间估测误差；

i、判断该电池放电残余时间估测误差是否高于一预先设定值，若该电池放电残余时间估测误差低于该预先设定值，则终止执行该电池放电残余时间估测方法；

j、若该电池放电残余时间估测误差高于该预先设定值，则调整相关的电池放电方程式的参数。

所述电池放电方程式为波衣卡特方程式。

所述计算该电池放电残余时间估测值时，计算该电池放电残余时间所采用的计算式如下：

t_p＝K/Iⁿ

其中，t_p为电池初始残余时间，K及n为波衣卡特参数，I为电池放电电流；

t_rm＝t_P-t_sm

其中，t_rm为电池即时残余时间，t_p为电池初始残余时间，t_sm为电池累计放电时间。

当电池放电电压低于一预先设定值时，则计算一电池放电残余时间估测误差，此时，该电池放电残余时间估测误差等于电池估测残余时间。

若在计算该电池放电残余时间估测误差值大于该预先设定值时，则重新计算该波衣卡特方程式的参数K，该参数K值计算式如下：

K＝(t_p*Error(％)*Φ+t_p)*Iⁿ(0≤Φ≤1)

其中，K及n为波衣卡特参数，t_p为电池放电初始残余时间，Error为电池放电残余时间估测误差，I为电池放电电流，及Φ为调整比例值。

所述调整比例Φ值为该放电电流区间的放电时间乘以该放电电流区间的电流中间值除以该电池放电容量，该放电电流区间的电流中间值为该放电电流区间的最大及最小电流和的一半。

本发明的有益效果是：该方法利用检出放电电流，并依该检出的放电电流所在区间的波衣卡特方程式估算该电池放电残余时间，且记录该放电电流区间的放电时间；若该电池放电电压低于该预先设定值时，计算该电池放电残余时间估测误差，当该电池放电残余时间估测误差大于一预先设定值，则调整该相关的波衣卡特方程式的参数，以降低该电池放电残余时间估测值的误差。

附图说明

图1为电池放电残余时间估测方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

本发明较佳实施例的电池放电残余时间估测方法可适用于锂铁电池或一般具有类似特性电池(例如：具高安全性及高稳定性电池)的放电残余时间估测，但其并非用以限定本发明的保护范围。

图1为本发明第一实施例电池放电残余时间估测方法的流程图。如图1所示，本发明电池放电残余时间估测方法首先在第一执行步骤S101中，其用以执行设定数个电池放电电流区间及计算各区间对应的波衣卡特方程式，且将各个电池放电电流区间的电池放电时间设定为零，并依需求可适当设定该电池放电电流区间及其对应的波衣卡特方程式。本发明采用波衣卡特方程式如下：

C_P＝K/I^n-1                            (1)

其中I为电池放电电流，K及n为波衣卡特参数，C_P为电池放电容量估测值。

本发明采用波衣卡特参数n及K之计算式如下：

n＝(log t₂-log t₁)/(log I₁-log I₂)    (2)

K＝I₁*t₁*I₁ ^n-1＝I₂*t₂*I₂ ^n-1           (3)

其中I₁及I₂为在电池放电电流区间内放电电流最小值及最大值，t₁及t₂为在电池放电电流区间内放电电流最小值及最大值的放电时间。本发明采用波衣卡特参数n及K的计算式并非用以限制本发明的保护范围。

每一电池放电电流区间均有一组相对应的波衣卡特方程式，且每一波衣卡特方程式具有不同的波衣卡特参数。

参照图1所示，接着，在第二执行步骤S102中，其用以执行利用一外部侦测器或其他侦测单元读取电池放电电流、电池放电时间、电池放电电压等资料。

参照图1所示，接着，在第三执行步骤S103中，其用以执行判断电池放电电流是否超过其所有电池放电电流区间范围，若电池放电电流值未超过所有电池放电电流区间范围，则执行后续执行步骤，若电池放电电流值超过所有电池放电电流区间范围，则终止执行本发明电池放电残余时间估测方法，且不计算该电池放电残余时间。

参照图1所示，若电池放电电流值未超过所有电池放电电流区间范围，则执行第四执行步骤S104，其选择侦测的电池放电电流所对应的电池放电电流区间及其对应波衣卡特方程式，该电池放电电流区间及其对应波衣卡特方程式已在第一执行步骤S101完成设定。

参照图1所示，接着，在第五执行步骤S105中，其用以执行计算电池放电残余时间。本发明采用电池放电残余时间的计算式如下：

t_p＝K/Iⁿ       (4)

其中t_p为电池放电初始残余时间，K及n为波衣卡特参数，I为电池放电电流。

本发明采用电池放电即时残余时间的计算式如下：

t_rm＝t_P-t_sm    (5)

其中t_rm为电池放电即时残余时间，t_p为电池放电初始残余时间，t_sm为电池累计放电时间。

参照图1所示，接着，在第六执行步骤S106中，其用以执行纪录该放电电流区间的放电时间，其用以记录目前放电电流所在的放电电流区间的累积放电时间。

参照图1所示，接着，在第七执行步骤S107中，其用以执行判断电池放电电压是否低于一预先设定值，若判断结果为“否”时，即电池放电电压高于该预先设定值，重新返回第二执行步骤S102。

参照图1所示，接着，在第八执行步骤S108中，其用以执行若第七执行步骤S107判断结果为“是”时，即电池放电电压低于该预先设定值，则执行第八步骤S108，以计算电池放电残余时间估测误差，因为此时实际电池放电残余时间应该为零，所以该电池放电残余时间估测误差即等于该电池估测残余时间。

参照图1所示，接着，在第九执行步骤S109中，其用以执行判断电池残余时间估测误差是否大于预先设定值，若第九执行步骤S109判断结果为“否”时，即电池残余时间估测误差低于该预先设定值，则终止执行本发明电池残余时间估测方法。

参照图1所示，最后，在第十执行步骤S110中，其用以执行若第九执行步骤S109判断结果为“是”时，即电池残余时间估测误差高于该预先设定值，则执行调整该相关的波衣卡特方程式的参数K值计算，并终止执行本发明电池残余时间估测方法。本发明采用调整相关的波衣卡特方程式的参数K值计算式如下：

K＝(t_p*Error(％)*Φ+t_p)*Iⁿ(0≤Φ≤1)        (6)

其中Error(％)为电池残余时间估测误差，其计算式为Error(％)＝(电池放电残余时间估测误差/实际电池放电时间)*100％，K及n为波衣卡特参数，t_p为电池初始残余时间，I为电池放电电流，Φ为调整比例值，其值由该波衣卡特方程式所属放电电流区间的放电时间乘以该放电电流区间的电流中间值，再除以该电池放电容量而得，即

$\mathrm{\φ}=\frac{t_x*\stackrel{\‾}{I_x}}{\mathrm{AH}}---\left(7\right)$

其中t_x与

分别为该波衣卡特方程式所属的放电电流区间的放电时间及其电流中间值，该放电电流区间的电流中间值为该放电电流区间的最大及最小电流和的一半，AH为该电池放电容量，其可表示为

本发明采用调整波衣卡特方程式的参数K值计算式并非用以限制本发明的保护范围。

前述较佳实施例仅举例说明本发明及其技术特征，该实施例的技术仍可适当进行各种实质等效修饰和/或替换方式予以实施；因此，本发明的保护范围应以权利要求书为准。

Claims (5)

1.一种电池放电残余时间估测方法，其特征在于：包括如下步骤：

a、预设数个电池放电电流区间及数个电池放电方程式，该电池放电方程式为波衣卡特方程式，每个该电池放电方程式对应于一电池放电电流区间，且将各个电池放电电流区间的电池放电时间设定为零；

b、侦测一电池放电电流、一电池放电时间及一电池放电电压；

c、判断该电池放电电流是否超过其所有对应该电池放电电流区间范围，若该电池放电电流超过所有该电池放电电流区间的范围，则终止执行该电池放电残余时间估测方法；

d、若该电池放电电流在其所有对应该电池放电电流区间的范围内时，选择其对应电池放电电流区间的电池放电方程式；

e、以波衣卡特方程式的参数计算电池放电残余时间估测值；

f、记录该放电电流区间的放电时间；

g、判断该电池放电电压是否低于一预先设定值，若该电池放电电压高于该预先设定值时，返回步骤b；

h、若该电池放电电压低于该预先设定值时，则计算该电池放电残余时间估测误差；

i、判断该电池放电残余时间估测误差是否高于一预先设定值，若该电池放电残余时间估测误差低于该预先设定值，则终止执行该电池放电残余时间估测方法；及

j、若该电池放电残余时间估测误差高于该预先设定值，则调整相关的电池放电方程式的参数，且该电池放电方程式的参数为波衣卡特方程式的参数。

2.如权利要求1所述的电池放电残余时间估测方法，其特征在于：所述计算该电池放电残余时间估测值时，计算该电池放电残余时间所采用的计算式如下：

t_p＝K/Iⁿ

其中，t_p为电池初始残余时间，K及n为波衣卡特参数，I为电池放电电流；

t_rm＝t_P-t_sm

其中，t_rm为电池即时残余时间，t_p为电池初始残余时间，t_sm为电池累计放电时间。

3.如权利要求1所述的电池放电残余时间估测方法，其特征在于：当电池放电电压低于一预先设定值时，则计算一电池放电残余时间估测误差，此时，该电池放电残余时间估测误差等于电池估测残余时间。

4.如权利要求1所述的电池放电残余时间估测方法，其特征在于：若在计算该电池放电残余时间估测误差值大于该预先设定值时，则重新计算该波衣卡特方程式的参数K，该参数K值计算式如下：

K＝(t_p*Error(％)*Φ+t_p)*Iⁿ  (0≤Φ≤1)

其中，K及n为波衣卡特参数，t_p为电池放电初始残余时间，Error为电池放电残余时间估测误差，I为电池放电电流，及Φ为调整比例值。

5.如权利要求4所述的电池放电残余时间估测方法，其特征在于：所述调整比例Φ值为该放电电流区间的放电时间乘以该放电电流区间的电流中间值除以该电池放电容量，该放电电流区间的电流中间值为该放电电流区间的最大及最小电流和的一半。

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