知識文章

電池健康狀態估測技術,電芯間表徵關係

2014 / 04 / 15

車輛中心 綠能車輛發展處 黃柏

 

各國政府及車廠積極投入綠色能源車輛發展,並規劃建構有利於綠色能源車輛上路之設施環境,在邁入下一代動力系統車輛,如油電混合動力、電動、插電式混合動力等車輛時,將著重於電能狀態之監控與管理,因此若能取得電能資訊,並做診斷與分析,將可增加電動車發展的潛力。

有鑑於此,車輛中心(ARTC)提出一個電池管理與監控的創新思維,透過技術處科技專案計畫的支持,以使用者的角度為出發點,發展出一項電池健康狀態估測技術,使電能系統的應用更為可靠且強健。本技術透過實驗設計與規劃,發現鋰鐵電池在定電流放電下電壓變化的情形,如圖1所示,在放電的狀態下,電池電芯在某些區域出現離散的情形,而這些離散的情形經過量化後,能進行數據收集與分析,快速檢知動力電池的健康狀態,並可計算出當下可用電量。本項技術無須額外檢測時間,即可輕易的完成電池當下健康狀態之估測,以修正電能管理系統內的殘電量數值,使電動車的應用更為可靠。

圖1 ARTC發展之電池組放電現象示意圖

本技術的實現上有兩項重點,其一,電芯間差異程度計算;另一,則是精準的電壓量測。估測過程中,須對電池進行重覆的電芯電壓資訊收集;接著,在放電區間找出電池電壓的變化特徵曲線;最後,再將特徵曲線中的數據帶入估測演算法中進行運算,即可算出電池健康狀態的數值,如圖2所示。因此,電池使用次數越多次,其可待機的時間越短,即是電池退化所造成的。此技術於電動車領先應用上具有指標性意義,是不可或缺的重要關鍵估測數值,這也是近年來各國車廠與學者紛紛投入此研究領域的主因。

圖2 ARTC發展之電池健康狀態估測技術之變化特徵曲線

電池健康狀態估測技術的發展與導入應用,就電動車輛而言,電池健康狀態估測技術不僅提升電池系統自我診斷與監控的能力,更改善了電池管理系統之可靠度,亦可提供更為精確之電池電量的計算與計價依據。於二輪電動機車的電池交換平台上,更可讓使用者與電池供應商皆瞭解電池之健康狀態,以促進電池交換營運的可行性,發展更前瞻之服務營運模式,提升計價公平性。

另外,此技術亦可導入電池回收供應鏈,進行汰舊後的動力電池芯篩選與再組合,重新組合運用於家用儲能系統等,不僅為電池創造第二個應用領域及生命週期的延續,也為用電效率的提升與環境保護的促進帶來新的價值與貢獻。
 

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