專利名稱：電池結(jié)構(gòu)及其電量測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電池結(jié)構(gòu)及電量測量方法，更具體地說涉及一種結(jié)合三元素電池的電池結(jié)構(gòu)及藉由量測三元素電池電量以取得整體電池結(jié)構(gòu)電量的電量測量方法
背景技術(shù)：
電池發(fā)展主要以鋰離子電池為發(fā)展主力，鋰離子電池?zé)o論是在能量密度、能量效率、循環(huán)壽命、充電時間與安全性皆是首選。為發(fā)揮電池最大效能與延長電池使用壽命，故須設(shè)一電池管理系統(tǒng)進行偵測，電池管理系統(tǒng)最主要的目的是取得電池狀態(tài)信息、性能調(diào)校與電池外部保護，其中與使用者最相關(guān)的為電池剩余電量的估測。電池剩余電量稱之為殘電量(State Of Charge, S0C),電動車中的電池相當于汽油車的油箱,則殘電量就相當于油量，故對于顧客評估剩余電量尤其重要。熟知的殘電量估測方法有
(I)車輛行進時，采用電流量測積分-使用庫倫計量測電流進行積分求出累積耗電量。(2)車輛靜止時，或是單獨測量電池結(jié)構(gòu)時，采用開路電壓法(Open circuitvoltage, OCV)-量測電壓源通過開路電壓曲線進行分析。但上述的開路電壓法應(yīng)用于鋰鐵電池時，將有下列的問題所在(1)鋰鐵電池的開路電壓曲線較為平緩，若直接量測電壓值則可能造成判讀錯誤。(2)鋰鐵電池經(jīng)過充放電截止電壓后，其電壓會繼續(xù)漂動，故無法直接量測電池端電壓作為殘電量的判斷。因此，如何提供一個較為準確的電池電量的測量模式，為廠商應(yīng)考慮的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明欲解決的問題提供一種結(jié)合三元素電池的電池結(jié)構(gòu)及其電量測量方法。為解決上述結(jié)構(gòu)問題，本發(fā)明揭露一種電池結(jié)構(gòu)，其包括至少一鋰鐵電池，其特征在于，電池結(jié)構(gòu)包括一三元素電池，三元素電池與上述鋰鐵電池形成串聯(lián)。為解決上述方法問題，本發(fā)明揭露一種電量測量方法，應(yīng)用于量測一電池結(jié)構(gòu)的電量，電池結(jié)構(gòu)包括串聯(lián)的三元素電池及至少一鋰鐵電池，其特征在于，方法包括測量三元素電池的電量；以及依據(jù)三元素電池的電量取得電池結(jié)構(gòu)的目前電量。本發(fā)明的特點在于本發(fā)明的電池結(jié)構(gòu)包括串聯(lián)的三元素電池與鋰鐵電池，其中，三元素電池的開路電壓曲線斜度較大，曲線變化比鋰鐵電池更為明確，因此不論充電、放電皆能作為電量變化的判斷依據(jù)。其次，三元素電池經(jīng)過充放電截止電壓后，其電壓并不會過度漂動，因此能直接作為殘電量的判斷。


圖1A、圖1B、圖1C、圖ID及圖IE繪示本發(fā)明實施例的電池結(jié)構(gòu)的電池配置示意圖；圖2繪示本發(fā)明實施例的另一電池結(jié)構(gòu)示意圖；圖3繪示本發(fā)明實施例的電量測量方法流程圖4繪示本發(fā)明實施例的電池替換方法流程圖；圖5繪示本發(fā)明三元素電池及鋰鐵電池的開路電壓曲線示意圖；圖6繪示本發(fā)明三元素電池及鋰鐵電池的放電曲線示意圖；以及圖7繪示本發(fā)明整體電池結(jié)構(gòu)及鋰鐵電池的放電曲線示意圖。主要組件符號說明10a, 10b, 10c, 10d, IOe 電池結(jié)構(gòu)11三元素電池
12鋰鐵電池13電量測量單元14顯示單元15充電單元Tl第一時段T2第二時段T3第三時段T4第四時段步驟SI 10-120步驟S210-230
具體實施例方式配合圖式將本發(fā)明較佳實施例詳細說明如下。首先請參照圖1A、圖1B、圖1C、圖ID及圖IE繪示本發(fā)明實施例的電池結(jié)構(gòu)10的電池配置示意圖。電池結(jié)構(gòu)包括ー個三元素電池11及ー個以上的鋰鐵電池12，從圖IA至圖IE得知，不論鋰鐵電池12的數(shù)量多寡，三元素電池11與所有鋰鐵電池12形成串聯(lián)形式，而且三元素電池11的配置順序并未有所限定。如電池結(jié)構(gòu)IOa與電池結(jié)構(gòu)IOb各具有ー個三元素電池11及ー個鋰鐵電池12，兩者的順序并不作限定，可先配置三元素電池，后串接鋰鐵電池12，或是先配置鋰鐵電池12后串接三元素電池11。又如電池結(jié)構(gòu)10c、電池結(jié)構(gòu)IOd與電池結(jié)構(gòu)IOe各具有ー個三元素電池11及ニ個以上的鋰鐵電池12，三元素電池11與鋰鐵電池12為串接。三元素電池11串接于所有鋰鐵電池12的前端、任ニ個鋰鐵電池之間或是所有鋰鐵電池的后端。其中，三元素電池11的電量比例及各鋰鐵電池12的電量比例需為相等、或是十分近似，以避免各電池的電量比例相差過大，導(dǎo)致部分電池的供電負擔過大，從而縮短電池壽命，或是造成電池損壞的情形。其次，三元素電池11包含的化學(xué)成份選自由鎳、鈷、錳以及鋰所組成的群組，更進一歩者，可為鎳、鈷、錳以及鋰的化合物，例如鈷酸鋰(LiCoO2)、錳酸鋰(LiMn2O4)或磷酸鐵鋰(LiFePO4)。請參閱圖2繪示本發(fā)明實施例的另ー電池結(jié)構(gòu)IOa示意圖。此電池結(jié)構(gòu)IOa還包括一電量測量単元13、一顯示單元14與一充電單元15。此實施例得以施行于圖IA至圖IE中任一種電池排列的電池結(jié)構(gòu)10a，以下各實施例暫以電池結(jié)構(gòu)IOa說明，但不以此為限。
電量測量単元13電性連接三元素電池11，用以測量三元素電池11的電量。其中，三元素電池11的電量比例因與其它鋰鐵電池12的電量比例相等或相近，且亦與整個電池結(jié)構(gòu)IOa的總電量比例相等或相近，故使用者可將三元素電池11的電量比例視為電池結(jié)構(gòu)IOa的總電量比例。顯示單元14電性連接至電量測量単元13，用以顯示三元素電池11的電量。其中，顯示單元14可為一般顯示器、液晶顯示器、ニ極管結(jié)構(gòu)式顯示器或是其它可用以呈現(xiàn)電量信息的顯示組件。充電單元15電性連接至整個電池結(jié)構(gòu)IOa的電極，用以對串聯(lián)的三元素電池11及鋰鐵電池12進行充電。充電單元15及其相關(guān)技術(shù)為本發(fā)明技術(shù)領(lǐng)域者，具通常知識者所熟知，在此即不贅述。請參閱圖3繪示本發(fā)明實施例的電量測量方法流程圖，請同時參閱圖2以利于了解。此方法應(yīng)用于量測ー電池結(jié)構(gòu)IOa的電量，電池結(jié)構(gòu)IOa包括一三元素電池11及ー個 以上的鋰鐵電池12，此等電池皆為串聯(lián)形式。此方法說明如下測量三元素電池11的電量(步驟SI 10)。如前述，電量測量単元13電性連接三元素電池11，藉以測量三元素電池11的電量。依據(jù)三元素電池11的電量取得電池結(jié)構(gòu)IOa的一目前電量(步驟S120)。如前述，三元素電池11的電量比例因與其它鋰鐵電池12、亦或整個電池結(jié)構(gòu)IOa的電量比例相等或相近，故可將三元素電池11的電量比例視為電池結(jié)構(gòu)IOa的總電量比例。請參閱圖4繪示本發(fā)明實施例的電池替換方法流程圖，請同時參閱圖2以利于了解。此方法說明如下判斷是否存在一損壞電池(步驟S210)。利用相關(guān)的偵測工具以對電池結(jié)構(gòu)IOa中的各電池進行檢查，偵測工具會依據(jù)電池的反應(yīng)以判斷整個電池結(jié)構(gòu)IOa中，三元素電池11或是任ー鋰鐵電池12是否損壞。當有損壞電池存在時，需先對ー替換電池進行充電或放電行為，以使得替換電池的電量比例等同于電池結(jié)構(gòu)IOa中未損壞電池的電量比例(步驟S220)。之后，再將替換電池取代損壞電池(步驟S230)，避免各電池的電量比例相差過大，導(dǎo)致部分電池的供電負擔過大，從而縮短電池壽命，或是造成電池損壞的情形。請參閱圖5繪示本發(fā)明三元素電池及鋰鐵電池的開路電壓曲線示意圖，請同時參閱圖2以利于了解。其中，第一時段Tl為電池放電時段，第二時段T2為放電截止時段，第三時段T3為電池充電時段，第四時段T4為充電截止時段。第一時段Tl期間，鋰鐵電池12放電時，其初始放電的開路電壓曲線變化相當?shù)木徛欢?，到達電量即將耗盡時，開路電壓曲線斜度變化增大而急遽下降。就電量測量作業(yè)而言，很難取得很正確的電池殘電量的變化。三元素電池11放電時，不但開路電壓曲線斜度較大且明顯，自始自終皆未有開路電壓曲線斜度大幅度變化的情形發(fā)生，而且電壓下降的比例相當?shù)姆€(wěn)定，就電量測量作業(yè)而言，很容易取得很正確的電池殘電量的變化。第二時段T2期間，鋰鐵電池12的放電截止電壓會過度漂動，更甚者，會反向提升至放電前的常態(tài)電壓數(shù)值。就電量測量作業(yè)而言，很難判斷此鋰鐵電池12為電量耗盡或是具足夠電池電量的狀態(tài)。
然而，三元素電池11的放電截止電壓并不會漂動，而是持續(xù)保持在放電后的電壓值狀態(tài)。就電池電量測量作業(yè)而言，很容易判斷此三元素電池11為電池電量耗盡或是具足夠電池電量的狀態(tài)。第三時段T3期間，鋰鐵電池12充電時，其初始充電的開路電壓曲線變化相當?shù)木徛?，然而，到達電池電量即將到達臨界值時，開路電壓曲線斜度變化增大而急遽上升。就電池電量測量作業(yè)而言，很難取得很正確的電池殘電量變化。三元素電池11充電時，不但開路電壓曲線斜度較大且明顯，自始自終皆未有開路電壓曲線斜度大幅度變化的情形發(fā)生，而且電壓上升的比例相當?shù)姆€(wěn)定，就電量測量作業(yè)而言，很容易取得很正確的電池殘電量。第四時段T4期間，鋰鐵電池12的充電截止電壓會過度漂動，更甚者，會反向下降至充電前的常態(tài)電壓數(shù)值。就電池電量測量作業(yè)而言，很難判斷此鋰鐵電池12的電池殘電量。
然而，三元素電池11的充電截止電壓并不會漂動，而是持續(xù)保持在充電后的電壓值狀態(tài)。就電量測量作業(yè)而言，很容易判斷此三元素電池11的電池殘電量。請參閱圖6繪示本發(fā)明三元素電池及鋰鐵電池的放電曲線示意圖，請同時參閱圖2以利于了解。就鋰鐵電池12而言，其放電的開路電壓曲線變化相當?shù)木徛?。但鋰鐵電池12停止放電時，放電截止電壓會漂動，且電壓值會逐漸回升，相當不利于對電池殘電量的測量作業(yè)。三元素電池11放電時，不但開路電壓曲線斜度較大且明顯，電壓下降的比例相當?shù)姆€(wěn)定。而且，三元素電池11的放電截止電壓并不會漂動，而是持續(xù)保持在放電后的電壓值狀態(tài)。請參閱圖7繪示本發(fā)明整體電池結(jié)構(gòu)及鋰鐵電池的放電曲線示意圖，請同時參閱圖2以利于了解。當整體電池殘電量(State of Charge, S0C)逐漸下降時,鋰鐵電池12與整體電池結(jié)構(gòu)IOa的放電的開路電壓曲線會持續(xù)下降，但變化皆相當?shù)木徛?。而且，鋰鐵電池12與整體電池結(jié)構(gòu)IOa停止放電時，放電截止電壓皆會漂動，且電壓值會逐漸回升，相當不利于對電池殘電量的測量作業(yè)。 因此，就圖5、圖6及圖7得知，三元素電池11不論充電或放電，開路電壓曲線斜度皆較大且明顯，自始自終皆未有開路電壓曲線斜度大幅度變化的情形發(fā)生，而且電壓上升、下降的比例皆相當穩(wěn)定。而且充電、放電停止期間，并不會有電壓漂動的情形發(fā)生。就電量測量作業(yè)而言，很容易取得很正確的電量變化。因此，三元素電池11可用以精確輔助測量鋰鐵電池12、亦或是整體電池結(jié)構(gòu)IOa的殘電量。綜上所述，僅記載本發(fā)明為呈現(xiàn)解決問題所采用的技術(shù)手段的實施方式或?qū)嵤├眩⒎怯脕硐薅ū景l(fā)明專利實施的范圍。即凡與本發(fā)明權(quán)利要求文義相符，或依本發(fā)明權(quán)利要求所做的均等變化與修改，皆為本發(fā)明權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種電量測量方法，應(yīng)用于量測電池結(jié)構(gòu)的電量，該電池結(jié)構(gòu)包括串聯(lián)的三元素電池及至少一鋰鐵電池，其特征在于，該方法包括 測量該三元素電池的電量；以及 依據(jù)該三元素電池的電量取得該電池結(jié)構(gòu)的目前電量。
2.如權(quán)利要求I所述的電量測量方法，其特征在于，該三元素電池包含的化學(xué)成份選自由鎳、鈷、錳以及鋰所組成的群組。
3.一種電池結(jié)構(gòu)，包括至少一鋰鐵電池，其特征在于，該電池結(jié)構(gòu)包括三元素電池，該三元素電池與該至少一鋰鐵電池形成串聯(lián)。
4.如權(quán)利要求3所述的電池結(jié)構(gòu)，其特征在于，該電池結(jié)構(gòu)還包括電量測量單元，該電量測量單元連接該三元素電池，用以測量該三元素電池的電量。
5.如權(quán)利要求3所述的電池結(jié)構(gòu),其特征在于,該電池結(jié)構(gòu)還包括顯示單元,該顯示單元連接該電量測量單元，用以顯示該三元素電池的電量。
6.如權(quán)利要求3所述的電池結(jié)構(gòu)，其特征在于，該電池結(jié)構(gòu)還包括充電單元，用以對串聯(lián)的該三元素電池及該鋰鐵電池進行充電。
7.如權(quán)利要求3所述的電池結(jié)構(gòu)，其特征在于，該三元素電池包含的化學(xué)成份選自由鎳、鈷、錳以及鋰所組成的群組。
8.如權(quán)利要求3所述的電池結(jié)構(gòu)，其特征在于，該電池結(jié)構(gòu)包括損壞電池時，一替換電池替換該損壞電池，其中該替換電池的電量比例等同于該電池結(jié)構(gòu)的未損壞電池的電量比例。
全文摘要
本發(fā)明揭露一種電池結(jié)構(gòu)及其電量測量方法，適用于一電池結(jié)構(gòu)，其包括由串聯(lián)的一三元素電池與至少一鋰鐵電池。此電池結(jié)構(gòu)的電量測量方法先測量三元素電池的電量，以依據(jù)三元素電池的電量取得電池結(jié)構(gòu)的目前電量。
文檔編號H01M10/48GK102818996SQ20111015884
公開日2012年12月12日 申請日期2011年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月8日
發(fā)明者黃昱仁, 林金亨, 林保成, 蔡祖揚, 林忠敬 申請人:光陽工業(yè)股份有限公司, 財團法人工業(yè)技術(shù)研究院