电池循环寿命估测装置制造方法及图纸

一种电池循环寿命估测装置，包含一量测单元、一观测器单元、一适应性参数单元、一内电压估测单元、一开路电压估测单元、一电池循环寿命计算单元以及一电池残留电量估测器，该量测单元用以量测电池的工作电流、工作电压及工作温度，该观测器单元可观测电池输出端及电池ＲＣ并联电路电压，该适应性参数单元可对电池进行参数值更新，该内电压估测单元可对该电池的ＲＣ并联电路的内电压进行估测，该开路电压估测单元可计算该电池的静态开路电压，该电池循环寿命计算单元可计算电池循环寿命值，该电池残留电量估测器可估测电池残留电量值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电池循环寿命估测装置，特别是涉及一种采用适应性法则 (adaptive algorithm)，由输入的工作电压、工作电流值推估电池内电阻值，进而推估电池 循环寿命的装置，进行即时量测与估测，因此具有可持续监控的特点，本装置同时可适用于 铅酸、镍氢及锂离子电池。
技术介绍
在监控电池状态功能方面，分成电池残留电量(state of charge，S0C)估测以 及循环寿命(state of health, S0H)估测两个部分的功能是目前较常受到讨论的议题， 例如电动车用电池组(battery pack)管理是由一电池管理系统(Battery Management System, BMS)所负责，肩负监控电池状态、具有过充放电保护机制(charge/discharge protection)、以及电池电压差异性等化(voltageequalization)等工作。由于电动车马达 驱动时的变动负载以及每个单元电池(battery cell)的特性与差异性等因素，造成电池残 留电量的估测误差可达5% 10%以上，对于循环寿命的估测，也因为如此，是造成与电动 车消费者更换电池时间点息息相关的循环寿命估测装置迟迟未能商品化的主因。至于现有的电池循环寿命估测技术，包含(1)电池循环寿命函数建立，以及(2)函 数对应关系的电池参数与系统状态求取两类，前者技术必须仰赖大量实验室与电池工作实 测数据进行分析与归纳，目前在此研究上国际并无决定性与明确的定论与结果，其电池寿 命的判定准确度受此影响度最深其争议也最大，后者技术则必须根据前者技术所需的独特 参数进行量测或估测工作，目前国际间的专利布局仍是以铅酸与镍氢电池为主要对象，例 如美国第 6456988 号「Method for determining state-of-health using anintelligent system」、第 6885951 号「Method and device for determining the stateof function of an energy storage battery」、第 6469512 号「System and method fordetermining battery state-of-healthJ等已知专利，对于锂电池在循环寿命的专利或改良技术甚少。据此可知，如何消除不稳定的电池管理模块所造成使用者的不信任感，令使用者 可确实掌握电池的相关动态信息是相关
的一大课题。
技术实现思路
本专利技术提出一种电池循环寿命估测装置，采用适应性法则(adaptivealgorithm)， 由输入的工作电压、工作电流值推估电池内电阻值，进而推估电池循环寿命，不需利用额外 昂贵电子装置(例如内电阻量测计)，进行离线量测，因此具有可持续监控的特点，本装置 同时可适用于铅酸、镍氢及锂离子电池。为实现上述目的，本专利技术提出一种电池循环寿命估测装置，包含一量测单元，与一电池输出端连接，用以量测该电池的工作电压、工作电流以及工 作温度，并输出一量测电流讯号、一量测电压讯号以及一量测温度讯号；一观测器单元，用 以观测该电池输出端的电压以及该电池的RC并联电路的电压，并输出一电池输出端电压误差值讯号、一电池的RC内电压估测值讯号以及一电流微分讯号；一适应性参数单元，用 以对该电池进行参数值更新，并输出至少一更新参数值讯号；一内电压估测单元，用以对该 电池的RC并联电路的内电压进行估测，并输出一内电阻电压估测值讯号；一开路电压估测 单元，用以计算该电池的静态开路电压，并输出一电池开路电压讯号；一电池循环寿命计算 单元，用以计算该电池循环寿命值，并输出一电池循环寿命值讯号；一电池残留电量估测 器，用以估测电池残留电量值。为更进一步的了解与认同本专利技术的结构目的和功效，现结合附图以实施例方式详 细说明如后。附图说明图1是本专利技术第一实施例的架构示意图。图2是一电池模型架构图。图3是电池开路变压与放电深度关系曲线图。图4是电池循环寿命与内电阻值变化关系曲线图。图5是本专利技术第一实施例的计算流程图。图6至图9是不同状态下的电路模拟测试曲线图。图10至图12是不同参数估测曲线图。图13及图14是本专利技术第一实施例二种实际应用的架构示意图。图15是本专利技术第二实施例的架构示意图。图16是本专利技术第二实施例的计算流程图。图17是车辆行车模式的功率与时间关系图。图18是分别位于2%、4%、6%、与8%放电深度的电池残留电量估测值与实际值 比较图。附图符号说明10、10A-电池循环寿命估测装置1-量测单元2-观测器单元3-适应性参数单元4-内电压估测单元5-开路电压估测单元51-第一转换单元6-电池循环寿命计算单元61-转换单元(第二转换单元)7-电池残留电量估测器8-电池Ll L9-曲线La-实际电压曲线Le-估测电压曲线具体实施例方式以下将参照附图描述为实现本专利技术目的所使用的技术手段与功效，而以下结合附 图所列举的实施例仅为辅助说明，以利于对本专利技术的了解，但本案的技术手段并不限于所 列举的实施例。请参阅图1所示本专利技术的架构示意图，该电池循环寿命估测装置10，包含一量测 单元1、一观测器单元2、一适应性参数单元3、一内电压估测单元4、一开路电压估测单元5、 一电池循环寿命计算单元6以及一电池残留电量估测器7，该量测单元1连接于一电池8的 输出端；关于该电池8，请参阅图2所示该电池模型架构图，其各个系统参数代表的意义如 下Vrc:电池开路电压，由该电池残留电量估测器7估测该电池残留电量值，再依据 一电池开路电压与电池残留电量关系数据资料换算得出；关于该电池开路电压与电池残留 电量关系数据资料，请参阅图3所示某特定电池的电池开路电压与放电深度关系曲线图范 例，必须说明的是，依电池种类不同，所显示的曲线也会不同，图3显示该电池于常温、摄氏 25度、摄氏38度时的代表曲线Li、L2、L3，该三条曲线Li、L2、L3大致重迭，由于电池残留 电量与放电深度的关系为电池残留电量=1-放电深度，因此可得出电池残留电量；Vbatt 电池工作电压，是由该量测单元1量测得出；Ibatt 电池工作电流，是由量测单元1量测得出；Vc:RC并联电路电压，是由该内电压估测单元4估测得出；Rs、RT、Ct 该电池循环寿命估测装置10主要估测的电池参数；Ybatt :由观测器单元2观测得出的电池电压；yc :由观测器单元2观测得出的RC并联电路电压。请参阅图1所示，该量测单元1用以量测该电池8的工作电压、工作电流以及工作 温度，并输出一量测电流讯号I、一量测电压讯号V以及一量测温度讯号T，该量测电流讯号 I及量测电压讯号V传送至该观测器单元2、该适应性参数单元3、该内电压估测单元4、以 及该电池残留电量值估测单元7，该量测温度讯号T传送至该电池循环寿命计算单元6进行 电池循环寿命值计算。该观测器单元2与该量测单元1电性连接，该观测器单元2用以观测该电池8输 出端的电压(亦即图2所示该pbatt)以及该电池8的RC并联电路的电压(亦即图2所示该)，该观测器单元2利用该电池8的一阶微分状态方程式进行电压观测，由该观测器单元2接收由该量测单元1输出的该量测电流讯号I及量测本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种电池循环寿命估测装置，包含：一量测单元，与一电池输出端连接，用以量测该电池的工作电压、工作电流以及工作温度，并输出一量测电流讯号、一量测电压讯号以及一量测温度讯号；一观测器单元，与该量测单元电性连接，该观测器单元用以观测该电池输出端的电压以及该电池的ＲＣ并联电路的电压，并输出一电池输出端电压误差值讯号、一电池的ＲＣ内电压估测值讯号以及一电流微分讯号；一适应性参数单元，与该量测单元电性连接，该适应性参数单元用以对该电池进行参数值更新，并输出至少一更新参数值讯号；一内电压估测单元，与该量测单元、观测器单元及适应性参数单元电性连接，该内电压估测单元用以对该电池的ＲＣ并联电路的内电压进行估测，并输出一内电阻电压估测值讯号；一开路电压估测单元，与该观测器单元电性连接，该开路电压估测单元用以计算该电池的静态开路电压，并输出一电池开路电压讯号；一电池循环寿命计算单元，与该量测单元、观测器单元及适应性参数单元电性连接，该电池循环寿命计算单元用以计算该电池循环寿命值，并输出一电池循环寿命值讯号；以及一电池残留电量估测器，与该量测单元、开路电压估测单元及电池循环寿命计算单元电性连接，该电池残留电量估测器用以估测电池残留电量值。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：江益贤，施武阳，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]