TWI736373B

TWI736373B - 動態電池健康程度偵測方法

Info

Publication number: TWI736373B
Application number: TW109125445A
Authority: TW
Inventors: 潘冠佑; 甯攸威
Original assignee: 三陽工業股份有限公司
Priority date: 2020-07-28
Filing date: 2020-07-28
Publication date: 2021-08-11
Also published as: TW202204927A

Abstract

本發明係有關於一種動態電池健康程度偵測方法，使用於一車輛上，該車輛包括有一控制器、一電連接控制器之電池以及一電連接控制器之馬達，該方法係藉由控制器之電壓量測，可將持續量測的電壓數據短暫保存並加以計算，用以在特定狀態下偵測電壓變動，並經由後續的計算推論出電池健康程度。藉此，即便車輛無搭載電池管理系統的情況下，仍可透過本發明動態電池健康程度偵測方法，簡易地推算出電池目前的健康程度，並達到警示提醒之作用。

Description

動態電池健康程度偵測方法

本發明係關於一種動態電池健康程度偵測方法，尤指一種適用於檢測車輛電池老化程度之動態電池健康程度偵測方法。

目前市面上的電動車，其電池容量的判定方式大部分都是將電池充電到滿電時所量測之電壓，再開始積分累積放電至沒電所放出的電量，來定義該電池的健康程度(State of Health,SOH)。

然而，此測試方式需有經驗法則，針對電池充放電的容量作明確的規範，例如充電到多少容量(State of Charge SOC)再放電到多少容量，才能判斷出準確的電池健康程度，若騎乘方式剛好沒有常通過符合修正電池健康程度的容量，則可能長時間無法修正準確電池健康程度，進而造成電池現有容量計算的誤差。

再者，一般市售之傳統燃油機車，搭載的鉛酸電池因成本的考量，並無搭載與電動機車相同的電池管理系統(Battery Management System,BMS)，無法計算電池容量，更無法計算電池健康程度，因此，燃油車的駕駛通常將車輛騎到無法再發動，才至車行檢測電池健康程度是否已不良。

上述目前市面上販售的電動車或燃油車，其電池尚無計算電池健康程度且可經由特定介面通知駕駛之功能，亦即無法於電池壽命將盡前警示車主，提早進行電池更換，以避免在路邊拋錨的可能性。

發明人緣因於此，本於積極發明之精神，亟思一種可以解決上述問題之動態電池健康程度偵測方法，幾經研究實驗終至完成本發明。

本發明之主要目的係在提供一種動態電池健康程度偵測方法，藉由控制器之電壓量測，可將持續量測的電壓數據短暫保存並加以計算，用以在特定狀態下偵測電壓變動，並經由後續的計算推論出電池健康程度(State of Health,SOH)。

為達成上述目的，本發明建構出一種動態電池健康程度偵測方法，使用於一車輛上，該車輛包括有一控制器、一電連接控制器之電池以及一電連接控制器之馬達，其中，動態電池健康程度偵測方法包含下列步驟：(A)車輛已上電，並處於靜止之一第一狀態，且判斷第一狀態是否維持一第一時間，若是則執行步驟(B)，若否則重複執行步驟(A)；(B)控制器量測該電池取得一第一電壓，並執行步驟(C)；(C)馬達重載驅動，進入一第二狀態，且判斷該第二狀態是否維持一第二時間，若是則執行步驟(D)，若否則返回執行步驟(A)；(D)控制器量測電池取得一第二電壓，並執行步驟(E)；(E)馬達停止重載驅動或變換為發電狀態，判斷控制器量測之一第三電壓是否大於一回復電壓，若是則執行步驟(F)，若否則返回執行步驟(D)； (F)進入一第三狀態，控制器計算第一電壓減去第二電壓之一電壓差值，並將電壓差值與一預設之電壓閥值進行比較，並執行步驟(G)；以及(G)判斷電壓差值是否大於電壓閥值，若是則電池之健康程度較低，需更換電池，若否則電池之健康程度較高，不需更換電池。

或者，本發明建構出另一種動態電池健康程度偵測方法，使用於一車輛上，該車輛包括有一控制器、一電連接控制器之電池以及一電連接控制器之馬達，其中，動態電池健康程度偵測方法包含下列步驟：(A)車輛已上電，並處於靜止之一第一狀態，且判斷第一狀態是否維持一第一時間，若是則執行步驟(B)，若否則重複執行步驟(A)；(B)控制器量測電池取得一第一電壓，並執行步驟(C)；(C)馬達重載驅動，進入一第二狀態，且判斷第二狀態是否維持一第二時間，若是則執行步驟(D)，若否則返回執行步驟(A)；(D)控制器量測電池取得一第二電壓，並執行步驟(E)；(E)馬達停止重載驅動或變換為發電狀態，判斷控制器量測之一第三電壓是否大於一回復電壓，若是則執行步驟(F)，若否則返回執行步驟(D)；(F)進入一第三狀態，控制器計算該第一電壓減去第二電壓之一電壓差值，並將電壓差值與一預設之電壓閥值進行比較，並執行步驟(G’)；以及(G’)將電壓差值與電壓閥值之比較結果換算成一權重值，將權重值計入一累加權重，判斷該累加權重是否大於一特定權重，若是則電池之健康程度較低，需更換電池，若否則返回至步驟(A)，再次進行另一周期之權重值計算並累加計入該累加權重。

藉由上述設計，本發明之動態電池健康程度偵測方法可讓車輛在無搭載電池管理系統的情況下，仍可透過計算驅動前與驅動後的電壓差異，推算出電池目前的健康程度。其主因在於：當電池老化時內阻變大，驅動前與驅動後的電壓差異會跟著變大，故可透過上述方法流程取得電池健康程度之相關資訊。

上述車輛可更包括一顯示裝置，且步驟(G)或步驟(G’)後可更包括一步驟(H1)控制器將電池健康程度資訊通訊傳送至顯示裝置，並由顯示裝置進行警示提醒。藉此，使用者可透過顯示裝置了解目前電池的健康程度，並當電池健康程度低落時可警示提醒需要更換電池。

上述顯示裝置可通訊連接一手持裝置，且步驟(H1)後可更包括一步驟(H2)顯示裝置將電池健康程度資訊通訊傳送至手持裝置，並由手持裝置進行警示提醒。藉此，使用者可透過手持裝置了解目前電池的健康程度，並當電池健康程度低落時可警示提醒需要更換電池。

上述該手持裝置可由網路連結一雲端裝置，且步驟(H2)後可更包括一步驟(H3)手持裝置將電池健康程度資訊網路傳送至雲端裝置，作為長期紀錄分析電池之健康程度之用。藉此，使用者可將電池健康程度之相關資訊上傳至雲端裝置，並透過大數據的分析了解並統整各車主的電池狀況，並可再進行後續的諸多應用。

上述馬達可為電動馬達、一體式啟動發電機或有刷馬達。藉此，本發明不僅可應用於具備電動馬達之電動車輛，亦可應用於具備一體式啟動發電機汽油車輛，更可應用於具備傳統有刷馬達之燃油車輛，藉以提供高度的適應性，可達到各類型車輛簡易檢測電池健康程度之訴求。

上述電池之型式可為鋰電池、鉛酸電池、能量電容、超級電容器等電能儲存裝置皆可應用本篇專利之方法流程取得電池健康程度之相關資訊，並不受限於特定的電池型式。

以上概述與接下來的詳細說明皆為示範性質是為了進一步說明本發明的申請專利範圍。而有關本發明的其他目的與優點，將在後續的說明與圖示加以闡述。

1a,1b,1c:車輛

2:控制器

3:電池

4a:電動馬達

4b:一體式啟動發電機

4c:有刷馬達

5:顯示裝置

6:手持裝置

7:雲端裝置

S1:第一狀態

S2:第二狀態

V1:第一電壓

V2:第二電壓

V3:第三電壓

Vr:回復電壓

A-H3:步驟

圖1係本發明第一實施例之動態電池健康程度偵測方法之系統架構圖。

圖2係本發明第二實施例之動態電池健康程度偵測方法之系統架構圖。

圖3係本發明第三實施例之動態電池健康程度偵測方法之系統架構圖。

圖4係本發明第一實施例之動態電池健康程度偵測方法之電壓-時間關係圖。

圖5係本發明第一實施例之動態電池健康程度偵測方法之第一流程圖。

圖6係本發明第一實施例之動態電池健康程度偵測方法之第二流程圖。

請參閱圖1至圖3，其分別為本發明第一實施例、第二實施例以及第三實施例之動態電池健康程度偵測方法之系統架構圖。如圖1所示，本發明之動態電池健康程度偵測方法係使用於一車輛1a上，在本實施例中，車輛1a係為一電動車輛，該車輛1a包括有一控制器2、一電池3、電動馬達4a以及一顯示裝置5，電池3及電動馬達4a係分別電連接控制器2，顯示裝置5係通訊連結控制器2。其中，顯示裝置5係為車輛1a所配備之儀表或顯示器，提供電池健康程度的顯示功能，使駕駛了解目前電池3的健康程度，而所述通訊連結係利用有線通訊的控制器區域網路(Controller Area Network,CAN bus)、K線(K-Line)、類比或數位訊號等方式，或是利用無線傳輸的無線網路(Wifi)、藍芽、ANT+通訊協定等通訊方式進行資料傳輸。再者，本發明之車輛1a具有車聯網之功能，顯示裝置5在取得電池健康程度資訊後，可透過無線通訊方式(Wifi或藍芽)連接傳送至手持裝置6的應用程式，並進一步將電池健康程度資訊透過網路上傳至雲端裝置7，故可透過大數據的分析了解並統整各車主的電池狀況，再進行後續的諸多應用。上述電池3之型式可為鋰電池、鉛酸電池、能量電容、超級電容器等電能儲存裝置皆可應用本篇專利之方法流程取得電池健康程度之相關資訊，並不受限於特定的電池型式。

同理，如圖2所示，本發明之動態電池健康程度偵測方法亦可使用於一車輛1b上，在本實施例中，車輛1b係為一具備一體式啟動發電機4b(Integrated Starter Generator,ISG)之汽油車輛，其與第一實施例之差異僅在驅動方式之不同，其餘系統架構皆與第一實施例相同。再者，如圖3所示，本發明之動態電池健康程度偵測方法另可使用於一車輛1c上，在本實施例中，車輛1c係為一具備有刷馬達4c之燃油車輛，其與第一實施例之差異僅在驅動方式及部分電路配置之不同，其餘系統架構皆與第一實施例相同。

接著，請參閱圖4及圖5，其分別為本發明第一實施例之動態電池健康程度偵測方法之電壓-時間關係圖以及第一流程圖。如圖所示，本發明第一種動態電池健康程度偵測方法包含下列步驟：

步驟(A)車輛1a已上電，並處於靜止之一第一狀態S1，且判斷第一狀態S1是否維持一第一時間T1，若是則執行步驟(B)，若否則重複執行步驟(A)，其中，第一狀態S1係指車輛1a已上電，但尚未發動時之狀態，本實施例之第一時間T1設定為2秒，但不以此為限，亦可為其他數值。

步驟(B)控制器2量測電池3取得一第一電壓V1，並執行步驟(C)，其中，本實施例之第一電壓V1係設定在第一狀態S1持續達第一時間T1後所偵測電壓，如圖4所示，第一電壓V1係為52V，但不以此為限，亦可於第一狀態S1之第一時間T1內每0.05秒取值做平均計算出第一電壓V1。

步驟(C)電動馬達4a重載驅動，進入一第二狀態S2，且判斷第二狀態S2是否維持一第二時間T2，若是則執行步驟(D)，若否則返回執行步驟(A)，其中，第二狀態S2係指電動馬達4a處於驅動狀態，本實施例之第二時間T2設定為2秒，但不以此為限，亦可為其他數值。

步驟(D)控制器2量測電池3取得一第二電壓V2，並執行步驟(E)，其中，本實施例之第二電壓V2係設定在第二狀態S2持續達第二時間T2後所偵測電壓，如圖4所示，第二電壓V2係為48.2V，但不以此為限，亦可於第二狀態S2之第二時間T2內每0.05秒取值做平均計算出第二電壓V2。

步驟(E)電動馬達4a停止重載驅動或變換為發電狀態，判斷控制器2量測之一第三電壓V3是否大於一回復電壓Vr，若是則執行步驟(F)，若否則返回執行步驟(D)，其中，本實施例之回復電壓Vr係為52.8V，但不以此為限，亦可為其他數值。

步驟(F)進入一第三狀態S3，控制器2計算第一電壓V1減去第二電壓V2之一電壓差值Vd，並將電壓差值Vd與一預設之電壓閥值Vt進行比較，並執行步驟(G)，其中，特定電池之電壓閥值Vt，可透過預先設定好的實驗來取得，本實施例之第一電壓V1減去第二電壓V2等於電壓差值Vd，亦即電壓差值Vd=52V-48.2V=3.8V，且預設之電壓閥值Vt=3.0V。

步驟(G)判斷電壓差值Vd是否大於電壓閥值Vt，若是則電池3之健康程度較低，需更換電池3，若否則電池3之健康程度較高，不需更換電池3。其中，因電壓差值Vd=3.8V大於預設之電壓閥值Vt=3.0V，故表示電池3已老化使內阻變大，驅動前與驅動後的電壓差值也隨之變大。

步驟(H1)控制器2將電池健康程度資訊通訊傳送至顯示裝置5，並由顯示裝置5進行警示提醒。藉此，使用者可透過顯示裝置5了解目前電池3的健康程度，並當電池健康程度低落時可警示提醒需要更換電池3。

步驟(H2)顯示裝置5將電池健康程度資訊通訊傳送至手持裝置6，並由手持裝置6進行警示提醒。藉此，使用者可透過手持裝置6了解目前電池3的健康程度，並當電池健康程度低落時可警示提醒需要更換電池3。

步驟(H3)手持裝置6將電池健康程度資訊網路傳送至雲端裝置7，作為長期紀錄分析該電池3之健康程度之用。藉此，使用者可將電池健康程度之相關資訊上傳至雲端裝置7，並透過大數據的分析了解並統整各車主的電池狀況，並可再進行後續的諸多應用。

請參閱圖6，係本發明第一實施例之動態電池健康程度偵測方法之第二流程圖。如圖所示，本發明第二種動態電池健康程度偵測方法包含下列步驟：

步驟(G’)將電壓差值Vd與電壓閥值Vt之比較結果換算成一權重值Wi，將權重值Wi計入一累加權重W，判斷累加權重W是否大於一特定權重Ws，若是則電池3之健康程度較低，需更換電池3，若否則返回至步驟(A)，再次進行另一周期之權重值計算並累加計入該累加權重W。其中，本實施例設定電壓差值Vd大於電壓閥值Vt之每0.1V則權重值+1，電壓差值Vd小於電壓閥值Vt之每0.1V則權重值-1(扣至0為止)，亦即本次權重值Wi=+8計入一累加權重W=8，而本實施例設定特定權重Ws=1000，亦可為其他數值，並不以此為限。然，因所述累加權重W=8小於特定權重Ws=1000，故需返回至步驟(A)，再次進行另一周期之權重值計算並累加計入該累加權重W後再次與特定權重Ws進行比較。

藉由上述設計，本發明之動態電池健康程度偵測方法可讓車輛在無搭載電池管理系統的情況下，仍可透過計算驅動前與驅動後的電壓差異，推算出電池目前的健康程度，可有效節省成本開銷並維持產品的競爭力。

上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。

A-H3:步驟

Claims

一種動態電池健康程度偵測方法，使用於一車輛上，該車輛包括有一控制器、一電連接該控制器之電池以及一電連接該控制器之馬達，其中，該動態電池健康程度偵測方法包含下列步驟：(A)該車輛已上電，並處於靜止之一第一狀態，且判斷該第一狀態是否維持一第一時間，若是則執行步驟(B)，若否則重複執行步驟(A)；(B)該控制器量測該電池取得一第一電壓，並執行步驟(C)；(C)該馬達重載驅動，進入一第二狀態，且判斷該第二狀態是否維持一第二時間，若是則執行步驟(D)，若否則返回執行步驟(A)；(D)該控制器量測該電池取得一第二電壓，並執行步驟(E)；(E)該馬達停止重載驅動或變換為發電狀態，判斷該控制器量測之一第三電壓是否大於一回復電壓，若是則執行步驟(F)，若否則返回執行步驟(D)；(F)進入一第三狀態，該控制器計算該第一電壓減去該第二電壓之一電壓差值，並將該電壓差值與一預設之電壓閥值進行比較，並執行步驟(G)；以及(G)判斷該電壓差值是否大於該電壓閥值，若是則該電池之健康程度較低，需更換該電池，若否則該電池之健康程度較高，不需更換該電池。
一種動態電池健康程度偵測方法，使用於一車輛上，該車輛包括有一控制器、一電連接該控制器之電池以及一電連接該控制器之馬達，其中，該動態電池健康程度偵測方法包含下列步驟：(A)該車輛已上電，並處於靜止之一第一狀態，且判斷該第一狀態是否維持一第一時間，若是則執行步驟(B)，若否則重複執行步驟(A)；(B)該控制器量測該電池取得一第一電壓，並執行步驟(C)； (C)該馬達重載驅動，進入一第二狀態，且判斷該第二狀態是否維持一第二時間，若是則執行步驟(D)，若否則返回執行步驟(A)；(D)該控制器量測該電池取得一第二電壓，並執行步驟(E)；(E)該馬達停止重載驅動或變換為發電狀態，判斷該控制器量測之一第三電壓是否大於一回復電壓，若是則執行步驟(F)，若否則返回執行步驟(D)；(F)進入一第三狀態，該控制器計算該第一電壓減去該第二電壓之一電壓差值，並將該電壓差值與一預設之電壓閥值進行比較，並執行步驟(G’)；以及(G’)將該電壓差值與該電壓閥值之比較結果換算成一權重值，將該權重值計入一累加權重，判斷該累加權重是否大於一特定權重，若是則該電池之健康程度較低，需更換該電池，若否則返回至步驟(A)，再次進行另一周期之權重值計算並累加計入該累加權重。
如請求項1或請求項2所述之動態電池健康程度偵測方法，其中，該車輛更包括一顯示裝置，該步驟(G)或該步驟(G’)後更包括一步驟(H1)該控制器將該電池健康程度資訊通訊傳送至該顯示裝置，並由該顯示裝置進行警示提醒。
如請求項3所述之動態電池健康程度偵測方法，其中，該顯示裝置係通訊連接一手持裝置，該步驟(H1)後更包括一步驟(H2)該顯示裝置將該電池健康程度資訊通訊傳送至該手持裝置，並由該手持裝置進行警示提醒。
如請求項4所述之動態電池健康程度偵測方法，其中，該手持裝置係由網路連結一雲端裝置，該步驟(H2)後更包括一步驟(H3)該手持裝置將該電池健康程度資訊網路傳送至該雲端裝置，作為長期紀錄分析該電池之健康程度之用。
如請求項1或請求項2所述之動態電池健康程度偵測方法，其中，該馬達係為電動馬達、一體式啟動發電機或有刷馬達。
如請求項1或請求項2所述之動態電池健康程度偵測方法，其中，該電池係為鋰電池、鉛酸電池、能量電容或超級電容器。