CN103675704B

CN103675704B - 电池容量评估方法

Info

Publication number: CN103675704B
Application number: CN201310652648.2A
Authority: CN
Inventors: 曾雪刚; 董丹; 朱晔; 王林波; 马鹏飞; 太超
Original assignee: Shenyang Jun Weixinneng Science And Technology Ltd
Current assignee: Shenyang Jun Weixinneng Science And Technology Ltd
Priority date: 2013-12-05
Filing date: 2013-12-05
Publication date: 2016-01-13
Anticipated expiration: 2033-12-05
Also published as: CN103675704A

Abstract

本发明涉及一种电池容量评估方法；系统上电时，上电容量预估模块根据检测到的单节电池开路电压值，通过查询开路电压表里与开路电压对应的容量比例，对电池的上电初始容量进行估算；电池在非放电末期充放电时，通过电流积分的方式进行容量计算，同时模块自动根据温度偏差线性校正表对电池容量的温度特性进行容量校正，通过查询温度偏差线性校正表得知当前温度下的容量与满容量的比例，算出当前容量的修正值；放电末期，电池容量评估模块根据剩余容量表对电池放电末期的容量进行查表估算；充电末期，根据当前电流值和容量值对满容量进行更新。本方法充分考虑了电池在不同温度，不同倍率下充放电的特性，通过电流积分以及数据表查询两种方式对电池容量进行评估，提高了计算精度。

Description

电池容量评估方法

技术领域

本发明提供了一种在嵌入式场合对电池充放电容量进行估算的一种方法。

背景技术

目前电池容量的主要估算方法以电压判断方式为主。在电池组标称温度下及标称放电倍率下（或开路状态下），此方法相对比较准确；但若电池组在工作时环境温度和充放电倍率发生变化，此种方法无法控制由应用条件和应用环境差异产生的误差，导致容量计算不准确。

发明内容

本发明的主要目的是弥补以上方法的不足，对电池和电池组在环境发生剧烈变化时的特性充分考虑，提高了计算精度，提高了电池的环境适应性。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：电池容量评估方法，其特征在于：包括上电容量预估、非放电末期充放电容量计算、放电末期容量计算和满容量更新四个步骤；

所述的上电容量预估过程如下：系统上电时，上电容量预估模块根据检测到的单节电池开路电压值，通过查询开路电压表里与开路电压对应的容量比例，并将此容量比例乘以设计容量，对电池的上电初始容量进行估算；

具体如下：设v为单体电压，上电检测时落在v_low，和v_high之间，则认为容量比例在对应r_low和r_high之间呈线性分布；则初始容量c_init=((v-v_low)/(v_high-vlow)*(r_high-r_low)+r_low)*c_design，其中c_design为设计容量；

所述的非放电末期充放电容量计算过程如下：电池在非放电末期充放电时，通过电流积分的方式进行容量计算，同时模块自动根据温度偏差线性校正表对电池容量的温度特性进行校正，通过查询温度偏差线性校正表得知当前温度下的容量与满容量的比例，并将此比例乘以满容量，得出当前容量的修正值；

所述的放电末期容量计算过程如下：放电末期，电池容量评估模块根据剩余容量表对电池的容量进行查表估算；

所述的满容量更新过程如下：充电末期，电池容量评估模块根据当前电流值和容量值对满容量进行更新，即在电池充电末期，当前电流值小于某规定的门限值时停止充电，并将此时的剩余容量值更新为满容量值。

所述的电流积分过程如下：每间隔一定时间，对容量进行一次加法或减法运算。

所述的电池剩余容量表（RC_TABLE）包括四部分数据结构，第一个数据结构为温度，单位为℃；第二个数据结构为放电倍率；第三个数据结构为单体电池电压；第四部分数据结构，为一个三维矩阵，矩阵数据对应当前容量占设计容量的百分比；

在放电末期电池的容量估算，以查表计算为主，通过当前温度、放电倍率及单体电池电压与剩余容量四者之间的对应关系，直接查出剩余容量。

本发明的有益效果：本发明方法充分考虑了电池在不同温度，不同倍率下充放电的特性，在此基础上进行电流积分和查表等多种方式，并有自我更新满容量的动态学习功能，提高了电池容量估算精度。经测试，应用此方法对电池容量的估算精度可控制在5%以内。适用于系统资源紧张的嵌入式系统。

附图说明

图1是本发明方法的流程图。

具体实施方式

电池容量评估方法，包括上电容量预估、非放电末期充放电容量计算、放电末期容量计算和满容量更新四个步骤；

所述的上电容量预估过程如下：系统上电时，上电容量预估模块根据检测到的单节电池开路电压值，通过查询开路电压表（OCV_TABLE表）里与开路电压对应的容量比例，并将此容量比例乘以设计容量，对电池的上电初始容量进行估算；

其中OCV_TABLE定义如下：

structOCV_TABLEOCV_LFP40_1=

{

{2000,2961,3170,3192,3203,3240,3259,3273,3280,3281,3282,3282,3283,3293,3320,3324,3324,3325,3325,3328,3500},

{0,5,10,15,20,25,30,35,40,45,50,55,60,65,70,75,80,85,90,95,100}

};

第一行为单体电池电压，第二行为单体电压对应的电池剩余容量占设计容量的比例。

上电时通过检测到的单体电压查表得出容量比率，乘以设计容量，则得出电池组上电初始容量。

设v为单体电压，上电检测时落在v_low，和v_high之间，则认为容量比例也在对应r_low和r_high之间呈线性分布。则初始容量c_init=((v-v_low)/(v_high-vlow)*(r_high-r_low)+r_low)*c_design

c_design为设计容量。

所述的非放电末期充放电容量计算过程如下：电池在非放电末期充放电时，通过电流积分的方式进行容量计算，同时模块自动根据温度偏差线性校正表（MAG_TABLE表）对电池容量的温度特性进行校正，通过查询温度偏差线性校正表得知当前温度下的容量与满容量的比例，并将此比例乘以满容量，得出当前容量的修正值；

其中MAG_TABLE定义如下：

structMAG_TABLEMAG_LFP40_1=

{

{700,800,900,950,1000,980,970,950}//1000mag

};

其数据分别对应RC_TABLE中相应的温度值对应标称值（25度）的比例；

在计算出25度标称值后，根据不同的温度，对当前容量进行校正。

电流积分过程如下：每间隔一定时间，对容量进行一次加法或减法运算。

例如：每秒对容量进行一次加法运算，（可根据不同的产品需要调整时间刻度。）

温度偏差校正方法与初始容量估算方法相同。

c=c_25*r

c为当前容量。

c_25为当前标称25度时的容量。通过积分运算得到。

r为通过温度校算法正得到的比例。

放电末期容量计算过程如下：放电末期，电池容量评估模块根据剩余容量表（RC_TABLE表）对电池的容量进行查表估算；

其中RC_TABLE定义如下：

codestructRC_TABLERC_LFP40_1=

{

{-20,-10,5,15,25,35,45,55},

{200,500,1000,2000,3000},//C*1000

{2350,2360,2370,2405,2440,2475,2510,2545,2580,2615,2650,2685,2720,2755,2790,2825,2860,2895,2930,2965,3000},//mV

{//10000C

0,3,8,12,19,25,33,42,53,66,80,95,114,134,157,183,214,247,286,330,383,

0,3,9,14,22,28,37,48,60,74,90,107,128,151,177,206,240,278,322,372,431,

0,4,10,15,24,32,42,53,67,82,100,118,142,168,196,229,267,309,358,413,478,

0,4,11,16,25,33,44,56,70,86,105,124,149,176,206,241,280,324,375,434,502,

0,5,12,18,29,38,50,63,80,98,119,142,171,201,236,275,320,370,429,496,574,

0,3,9,13,21,28,37,47,59,73,89,105,127,149,175,204,237,274,318,367,425,

0,4,10,15,24,32,42,53,67,82,100,118,142,168,196,229,267,309,358,413,478,

0,4,11,17,27,35,46,59,74,91,111,132,158,186,218,255,297,343,397,459,532,

0,4,12,18,28,37,48,62,78,96,116,138,166,195,229,267,311,360,417,482,558,

0,5,13,20,32,42,55,71,89,109,133,158,190,223,262,306,356,411,477,551,638,

0,4,10,15,24,31,41,52,66,81,98,117,141,165,194,226,264,305,353,408,473,

0,4,11,17,27,35,46,59,74,91,111,132,158,186,218,255,297,343,397,459,532,

0,5,12,19,30,39,51,65,82,101,123,146,176,207,242,283,330,381,442,510,591,

0,5,13,20,31,41,54,69,87,106,129,154,184,217,255,297,346,400,464,535,620,

0,6,15,22,36,47,62,78,99,121,148,175,211,248,291,340,396,457,530,612,709,

0,4,11,17,26,35,46,58,73,90,109,130,156,184,216,252,293,339,392,453,525,

0,5,12,19,30,39,51,65,82,101,123,146,176,207,242,283,330,381,442,510,591,

0,5,14,21,33,43,57,73,92,112,137,162,195,230,269,314,366,423,491,567,656,

0,5,15,22,35,45,60,76,96,118,143,171,205,241,283,330,385,444,515,595,689,

0,6,17,25,40,52,68,87,110,135,164,195,234,276,323,377,439,508,589,680,788,

0,5,12,18,29,39,51,64,81,100,121,144,174,204,239,279,326,376,436,504,583,

0,5,14,21,33,43,57,73,92,112,137,162,195,230,269,314,366,423,491,567,656,

0,6,15,23,37,48,63,81,102,125,152,181,217,255,299,349,407,470,545,630,729,

0,6,16,24,38,51,66,85,107,131,159,190,228,268,314,367,427,494,572,661,766,

0,7,19,28,44,58,76,97,122,150,182,217,260,306,359,419,488,564,654,755,875,

0,5,14,20,32,42,56,71,90,110,134,159,191,225,263,307,358,414,480,554,642,

0,6,15,23,36,48,63,80,101,124,150,179,215,253,296,346,403,466,540,623,722,

0,6,17,25,40,53,70,89,112,137,167,199,239,281,329,384,448,517,600,693,802,

0,7,18,27,42,56,73,93,118,144,175,209,251,295,346,403,470,543,630,727,842,

0,8,20,30,48,64,84,106,134,165,200,238,286,337,395,461,537,621,719,831,963,

0,6,15,22,35,47,61,78,99,121,147,175,210,247,290,338,394,455,528,609,706,

0,6,17,25,40,52,69,88,111,136,165,197,236,278,326,380,443,512,594,686,794,

0,7,19,28,44,58,77,98,123,151,184,218,262,309,362,423,492,569,660,762,882,

0,7,20,29,47,61,80,102,129,159,193,229,276,324,380,444,517,597,693,800,927,

0,8,22,33,53,70,92,117,148,181,220,262,315,371,435,507,591,683,791,914,1059,

0,6,16,25,39,51,67,86,108,133,162,192,231,272,319,372,433,501,580,670,777,

0,7,18,28,44,58,76,97,122,150,182,216,260,306,359,418,487,563,653,754,874,

0,8,21,31,49,64,84,107,135,166,202,240,289,340,398,465,542,626,725,838,971,

0,8,22,32,51,67,89,113,142,174,212,252,303,357,418,488,569,657,762,880,1019,

0,9,25,37,58,77,101,129,163,199,242,288,346,408,478,558,650,751,871,1006,1165

},

};

第一个数据结构为温度，单位为℃。

第二个数据结构为放电倍率。

第三个数据结构为单体电池电压。

剩下数据位分别对应以上定义的一个三维矩阵，数据分别对应当前容量占设计容量的百分比。

在放电末期电池的容量估算，以查表计算为主，通过当前温度、放电倍率及单体电池电压与剩余容量四者之间的对应关系，直接查出剩余容量。不同厂家的电芯数据不同，应根据实际情况进行调整。

满容量更新过程如下：充电末期，电池容量评估模块根据当前电流值和容量值对满容量进行更新。即在电池充电末期，当前电流值小于规定的门限值2000mA时停止充电，并将此时的剩余容量值更新为满容量值。

Claims

1.电池容量评估方法，其特征在于：包括上电容量预估、非放电末期充放电容量计算、放电末期容量计算和满容量更新四个步骤；

具体如下：设v为单体电压，上电检测时落在v_low和v_high之间，则认为容量比例在对应r_low和r_high之间呈线性分布；则初始容量c_init=((v-v_low)/(v_high-vlow)*(r_high-r_low)+r_low)*c_design，其中c_design为设计容量；

所述的非放电末期充放电容量计算过程如下：电池在非放电末期充放电时，通过电流积分的方式进行容量计算，同时电池容量评估模块自动根据温度偏差线性校正表对电池容量的温度特性进行校正，通过查询温度偏差线性校正表得知当前温度下的容量与满容量的比例，并将此比例乘以满容量，得出当前容量的修正值；

所述的放电末期容量计算过程如下：放电末期，通过当前温度、放电倍率及单体电池电压与剩余容量四者之间的对应关系，直接查出剩余容量，电池容量评估模块根据剩余容量表对电池的容量进行查表估算；

2.根据权利要求1所述的电池容量评估方法，其特征在于：所述的电流积分过程如下：每间隔一定时间，对容量进行一次加法或减法运算。

3.根据权利要求1所述的电池容量评估方法，其特征在于：所述的电池剩余容量表包括四部分数据结构，第一个数据结构为温度，单位为℃；第二个数据结构为放电倍率；第三个数据结构为单体电池电压；第四部分数据结构，为一个三维矩阵，矩阵数据对应当前容量占设计容量的百分比。

4.根据权利要求1所述的电池容量评估方法，其特征在于：在放电末期电池的容量估算，以查表计算为主，通过当前温度、放电倍率及单体电池电压与剩余容量四者之间的对应关系，直接查出剩余容量。