CN103941194A

CN103941194A - 智能锂离子电池电量显示方法及装置

Info

Publication number: CN103941194A
Application number: CN201410174096.3A
Authority: CN
Inventors: 黄国文; 何鹏
Original assignee: Guangxi Zhuo Neng New Energy Technology Co Ltd
Current assignee: Guangxi Zhuo Neng New Energy Technology Co Ltd
Priority date: 2014-04-28
Filing date: 2014-04-28
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2034-04-28
Also published as: CN103941194B

Abstract

本发明涉及智能锂离子电池电量显示方法及装置。该方法包括：读取电池的电压值，根据锂离子电池充放电曲线得出电池的当前的剩余电量；根据电流值判断电池的充放电状态；计算放电量并判断电池的电压值是否小于下限电压值，若是，则显示电量为0%，若否，则继续判断是否满足条件一，若否则继续判断电池的剩余电量是否≤0，若是，则维持显示电量为1%修正，若否，则计算剩余电量；计算充电量和当前的剩余电量，并判断是否满足条件二，若是，则显示电量为100%。本发明完全是根据锂电池的充放电特性，更真实的实现单串到多串锂电池电量的数字显示。

Description

智能锂离子电池电量显示方法及装置

技术领域

本发明涉及锂离子电池充放电技术，具体涉及锂离子电池的电量显示技术。

背景技术

现今市场上所拥有的锂电池电量的数字显示都是简单的采用电池电压或者简单的定时垒加来实现，或者只能针对特定的型号品牌和特定的串数进行电量计量，它们都没有针对锂电池的特性去实现锂电池电量数字显示问题，导致在过程中出现以下情况：

（1）锂电池电量数字显示跳动很大；

（2）锂电池电量跟真实情况出现很大偏差；

（3）锂电池经常性过放、过充，严重影响了锂电池的寿命；

（4）只能针对特定的型号品牌和特定的串数计量；

（5）只能提供特定的专用IC，范围有限；

（6）由于电池长时间用导致电量衰减，电量计量偏差加剧。

发明内容

本发明的目的在于提出智能锂离子电池电量显示方法，其能解决电池电量跟真实情况出现很大偏差的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

智能锂离子电池电量显示方法，其包括以下步骤：

步骤1、读取电池的电压值U，根据锂离子电池充放电曲线得出电池的当前的剩余电量C；

步骤2、检测电池的电流值I，根据电流值I判断电池的充放电状态，电池放电时，对放电时间Td进行计时，进入步骤3；电池充电时，对充电时间Tc进行计时，进入步骤7；

步骤3、计算放电量Cf=电流值I*放电时间Td+上一次放电量，所述上一次放电量为保存的放电量Cf，并判断电池的电压值U是否小于下限电压值Ud，若否，则执行步骤4，若是，则执行步骤6；

步骤4、判断是否满足条件一，若是，则将完全放电标志清除，将放电量Cf和充电量Cc清零，并返回步骤2，若否，则执行步骤5；所述条件一为：电流值I大于100mA，且存在完全放电标志；

步骤5、判断电池的当前的剩余电量C是否小于或等于0，若是，则显示修正电量为1%并返回步骤2，若否，则计算当前的剩余电量C=上一次的剩余电量C-电流值I*放电时间Td，清零放电时间Td，并返回步骤2；

步骤6、显示电量为0%；

步骤7、计算充电量Cc=电流值I*充电时间Tc+上一次充电量，所述上一次充电量为保存的充电量Cc，同时，计算当前的剩余电量C=上一次的剩余电量C+电流值I*充电时间Tc ，清零充电时间Tc，并判断是否满足条件二，若否，则执行步骤7，若是，则执行步骤8；所述条件二为：电流值I小于或等于50mA，同时电压值U大于或等于上限电压值Up；

步骤7、判断是否满足条件三，若是，则将完全充电标志清除，将放电量Cf和充电量Cc清零，并返回步骤2；若否，则直接返回步骤2；所述条件三为：电流值I大于100mA，且存在完全充电标志；

步骤8、显示电量为100%。

优选的，步骤6之后还执行以下步骤：

步骤6a、设置完全放电标志；

步骤6b、判断是否同时存在完全放电标志和完全充电标志，若否，则返回步骤2，若是则执行步骤6c；

步骤6c、判断是否存在第一次充放电标志，若是，则执行步骤6d，若否，则执行步骤6e；

步骤6d、设置剩余电量C=放电量Cf置位第一次充放电标志、清除完全放电标志和完全充电标志，对完全充放电的次数加1，清零放电量Cf，并返回步骤2；

步骤6e、对完全充放电的次数加1，清除完全放电标志和完全充电标志，并判断完全充放电的次数是否达到预设值，若是，则执行步骤6f，若否，则返回步骤2；

步骤6f、设置第一次充放电标志，清零完全充放电的次数，并返回步骤2。

优选的，步骤8之后还执行以下步骤：

步骤8a、设置完全充电标志；

步骤8b、判断是否同时存在完全放电标志和完全充电标志，若否，则返回步骤2，若是则执行步骤8c；

步骤8c、判断是否存在第一次充放电标志，若是，则执行步骤8d，若否，则执行步骤8e；

步骤8d、设置剩余电量C=充电量Cc，置位第一次充放电标志、清除完全放电标志和完全充电标志，对完全充放电的次数加1，清零充电量Cc，并返回步骤2；

步骤8e、对完全充放电的次数加1，清除完全放电标志和完全充电标志，并判断完全充放电的次数是否达到预设值，若是，则执行步骤8f，若否，则返回步骤2；

步骤8f、清除第一次充放电标志，清零完全充放电的次数，并返回步骤2。

本发明还提出一种智能锂离子电池电量显示装置，其包括：

初始电量检测单元，用于读取电池的电压值U，根据锂离子电池充放电曲线得出电池的当前的剩余电量C；

充放电状态判断单元，用于检测电池的电流值I，根据电流值I判断电池的充放电状态，电池放电时，对放电时间Td进行计时，进入放电量检测单元；电池充电时，对充电时间Tc进行计时，进入充电量检测单元；

放电量检测单元，用于计算放电量Cf=电流值I*放电时间Td+上一次放电量，所述上一次放电量为保存的放电量Cf，并判断电池的电压值U是否小于下限电压值Ud，若否，则执行条件一判断单元，若是，则执行第一电量显示单元；

条件一判断单元，用于判断是否满足条件一，若是，则将完全放电标志清除，将放电量Cf和充电量Cc清零，并返回充放电状态判断单元，若否，则执行剩余电量检测单元；所述条件一为：电流值I大于100mA，且存在完全放电标志；

剩余电量检测单元，用于判断电池的当前的剩余电量C是否小于或等于0，若是，则显示修正电量为1%并返回充放电状态判断单元，若否，则计算当前的剩余电量C=上一次的剩余电量C-电流值I*放电时间Td ，清零放电时间Td，并返回充放电状态判断单元；

第一电量显示单元，用于显示电量为0%；

充电量检测单元，用于计算充电量Cc=电流值I*充电时间Tc+上一次充电量，所述上一次充电量为保存的充电量Cc，同时，计算当前的剩余电量C=上一次的剩余电量C+电流值I*充电时间Tc ，清零充电时间Tc，并判断是否满足条件二，若是，则执行第二电量显示单元，若否，则执行条件三判断单元；所述条件二为：电流值I小于或等于50mA，同时电压值U大于或等于上限电压值Up；

条件三判断单元，用于判断是否满足条件三，若是，则将完全充电标志清除，将放电量Cf和充电量Cc清零，并返回充放电状态判断单元；若否，则直接返回充放电状态判断单元；所述条件三为：电流值I大于100mA，且存在完全充电标志；

第二电量显示单元，用于显示电量为100%。

优选的，第一电量显示单元之后还执行以下单元：

第一设置单元，用于设置完全放电标志；

第一判断单元，用于判断是否同时存在完全放电标志和完全充电标志，若否，则返回充放电状态判断单元，若是则执行第二判断单元；

第二判断单元，用于判断是否存在第一次充放电标志，若是，则执行第二设置单元，若否，则执行第三判断单元；

第二设置单元，用于设置剩余电量C=放电量Cf，置位第一次充放电标志清除完全放电标志和完全充电标志，对完全充放电的次数加1，清零放电量Cf，并返回充放电状态判断单元；

第三判断单元，用于对完全充放电的次数加1，清除完全放电标志和完全充电标志，并判断完全充放电的次数是否达到预设值，若是，则执行第三设置单元，若否，则返回充放电状态判断单元；

第三设置单元，用于置位第一次充放电标志，清零完全充放电的次数，并返回充放电状态判断单元。

优选的，第二电量显示单元之后还执行以下单元：

第四设置单元，用于设置完全充电标志；

第四判断单元，用于判断是否同时存在完全放电标志和完全充电标志，若否，则返回充放电状态判断单元，若是则执行第五判断单元；

第五判断单元，用于判断是否存在第一次充放电标志，若是，则执行第五设置单元，若否，则执行第六判断单元；

第五设置单元，用于设置剩余电量C=充电量Cc，置位第一次充放电标志、清除完全放电标志和完全充电标志，对完全充放电的次数加1，清零充电量Cc，并返回充放电状态判断单元；

第六判断单元，用于对完全充放电的次数加1，清除完全放电标志和完全充电标志，并判断完全充放电的次数是否达到预设值，若是，则执行第六设置单元，若否，则返回充放电状态判断单元；

第六设置单元，用于设置第一次充放电标志，清零完全充放电的次数，并返回充放电状态判断单元。

优选的，下限电压值Ud=3*nV，n=1,2,3，……。

优选的，上限电压值Up=4.2*nV，n=1,2,3，……。

本发明具有如下有益效果：

1.能计量1至n串锂电池电量；

2.不因为硬件电路精度导致单体装置电量计量偏差不一；

3.能体现电池的真实电量，不受出厂电池电量偏差的影响；

4.通过设置完全充放电的次数，能体现电池的真实电量，不受电池电量衰减的影响。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的智能锂离子电池电量显示方法的流程图；

图2为本发明较佳实施例的锂离子电池的充放电曲线图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述。

如图1所示，一种智能锂离子电池电量显示方法，其包括以下步骤：

步骤S1、在初始化的时候，先选取MCU的I/O口高低电平数作为锂离子电池节数n的设置。MCU的I/O口可以判断高低电平（0：低电平，1高电平），所以每个I/O口有两种情况，这个就类似二进制原理，电池数n（n为十进制）都可以用二进制表示，如：10节电池可以用二进制表示为1010，所以人为的设置I/O口的高低电平数，可以让MCU识别出要测量的电池节数n。

步骤S2、根据电池节数n和锂离子电池充放电曲线，确定电池串的上限电压值Up为4.2*nV，下限电压值Ud为3*nV。其中，锂离子电池充放电曲线是通过锂离子电池的固有特征得出，但是为了保证锂离子电池充放电曲线更加接近实际情况，可以对锂离子电池进行多次测量，根据多次测量值绘制出锂离子充放电曲线，如图2所示，是单串锂离子电池充放电曲线图，其单串锂离子电池的电量为2200mAh，电池型号为18650，其中，位于上方的一条曲线为电压曲线，位于下方的一条曲线为电流曲线。由该曲线图我们可以看到锂离子电池电压、电流、时间的对应关系，该曲线图有以下特性：1.在电池电压为3*nV左右，几乎没有电池电量；2.在电池电压大于3.3*nV左右，在放电过程中，电池电压变化不是很大；3.电池电压在4.2*nV左右，充电电流几乎没有的情况下，电池充满；4.对于多串锂离子电池，该曲线图完全适用。

步骤S3、读取电池的电压值U，根据图2所示的锂离子电池充放电曲线得出电池的当前的剩余电量C。初始化时，放电量Cf=0，充电量Cc=0，第一次充放电标志STATE_C=0，完全充放电的次数Times=0（其表示完整的充放电循环次数的统计值，如times=3，说明电池经过了3次完整的充满电到放空或放空到充满电循环），设置完全放电标志为DIS_FLAG=0（其表示电池还没完全放电，即不存在完全放电标志），设置完全充电标志为CH_FLAG=0（其表示电池还没完全充电，即不存在完全充电标志）。

步骤S4、检测电池的电流值I，根据电流值I判断电池的充放电状态，若为电池放电状态，进入步骤S5，若为电池充电状态，进入步骤S20。

本步骤中，检测电池电流值I，本领域技术人员可以通过电流检测仪或者自行搭建电流检测电路，根据电流I的大小方向确定电池是处于充电状态还是放电状态，因此，不再赘述具体的根据电流值I判断电池的充放电状态的电路结构。

步骤S5、对放电时间Td进行计时。一旦在步骤S4中判断出电池处于放电状态，则需要立即开始对放电时间Td进行计时。

步骤S6、计算放电量Cf=电流值I*放电时间Td+上一次放电量，所述上一次放电量为保存的放电量Cf。步骤S7、判断电池的电压值U是否小于下限电压值Ud（即U＜3*nV），若否，则执行步骤S8，若是，则执行步骤S13。

步骤S8、判断是否满足条件一，若是，则执行步骤S9，若否，则执行步骤S10。所述条件一为：电流值I大于100mA，且存在完全放电标志。

步骤S9、将完全放电标志清除（即设置DIS_FLAG=0），将放电量Cf和充电量Cc清零（即Cf=0，Cc=0），并返回步骤S4。本实施例的电池的电量值确认要经过一个完整连续的，不间断的充放电过程才能确认电量真实值，即放完电之前中间不能有充电过程，充满之前中间不能有放电过程，否则重新计量，这个情况下，电池的电量保持原值。

步骤S10、判断电池的当前的剩余电量C是否小于或等于0（即C≤0），若是，则进入步骤S11，若否，则进入步骤S12。本步骤用于判断的当前的剩余电量C是由上一次的步骤S12计算的剩余电量C而来的，而首次用于判断的剩余电量C则是步骤S3得到的剩余电量C。

步骤S11、显示修正电量为1%并返回步骤SS4。

步骤S12、计算当前的剩余电量C=上一次的剩余电量C-电流值I*放电时间Td，清零放电时间Td。可以理解的是，放电时间Td在初始化过程中是清零的，因此，放电量Cf保持实时计算状态。返回步骤S4。

步骤S13、显示电量为0%，此时电池电量真正为0，即剩余电量C=0，并设置完全放电标志为DIS_FLAG=1（即说明存在完全放电标志）。

步骤S14、判断是否同时存在完全放电标志DIS_FLAG=1和完全充电标志CH_FLAG=1，若否，则返回步骤S4，若是则执行步骤S15。

步骤S15、判断是否存在第一次充放电标志STATE_C=0，若是，则执行步骤S16，若否，则执行步骤S17。需要说明的是，STATE_C=1表示非第一次充放电标志。

步骤S16、设置剩余电量C=放电量Cf。置位第一次充放电标志STATE_C=1，清除完全放电标志和完全充电标志（即将STATE_C=0修改为STATE_C=1、DIS_FLAG=0，CH_FLAG=0），对完全充放电的次数times加1（即由于是第一次完全充放电，因此times=1）。清零放电量Cf，即Cf=0，并返回步骤S4。

步骤S17、对完全充放电的次数times加1，清除完全放电标志和完全充电标志，即将DIS_FLAG=1和CH_FLAG=1分别设置为DIS_FLAG=0和CH_FLAG=0。

步骤S18、判断完全充放电的次数是否达到预设值y（即times≥y），若是，则执行步骤S19，若否，则返回步骤S4。

步骤S19、清除第一次充放电标志STATE_C=0，清零完全充放电的次数times=0，并返回步骤S4。

步骤S20、电池充电时，对充电时间Tc进行计时。

步骤S21、计算充电量Cc=电流值I*充电时间Tc+上一次充电量，所述上一次充电量为保存的充电量Cc，同时，计算当前的剩余电量C=上一次的剩余电量C+电流值I*充电时间Tc ，清零充电时间Tc。

步骤S22、判断是否满足条件二，若否，则执行步骤S23，若是，则执行步骤S25。所述条件二为：电流值I小于或等于50mA，同时电压值U大于或等于上限电压值Up，即I≤50mA且U≥4.2*nV。

步骤S23、判断是否满足条件三，若是，则执行步骤S24；若否，则直接返回步骤S4；所述条件三为：电流值I大于100mA，且存在完全充电标志，即I＞100mA，CH_FLAG=1。

步骤S24、将完全充电标志清除，将放电量Cf和充电量Cc清零，即将CH_FLAG=1修改为CH_FLAG=0，Cf=0，Cc=0，并返回步骤S4。

步骤S25、显示电量为100%，此时电池电量真正充满，并设置完全充电标志CH_FLAG=1。

步骤S26、判断是否同时存在完全放电标志DIS_FLAG=1和完全充电标志CH_FLAG=1，若否，则返回步骤S4，若是则执行步骤S27。

步骤S27、判断是否存在第一次充放电标志STATE=0，若是，则执行步骤S28，若否，则执行步骤S29。

步骤S28、设置剩余电量C=充电量Cc，置位第一次充放电标志，清除完全放电标志和完全充电标志，即将STATE_C=0修改为STATE_C=1，将DIS_FLAG=1和CH_FLAG=1分别修改为DIS_FLAG=0和CH_FLAG=0，对完全充放电的次数times加1。清零充电量Cc，并返回步骤S4。

步骤S29、对完全充放电的次数times加1，清除完全放电标志和完全充电标志，即将DIS_FLAG=1和CH_FLAG=1分别修改为DIS_FLAG=0和CH_FLAG=0。

步骤S30、判断完全充放电的次数是否达到预设值y，即times≥y，若是，则执行步骤S31，若否，则返回步骤S4。

步骤S31、清除第一次放电标志STATE_C=0，清零完全充放电的次数times=0，并返回步骤S4。

由于电池特性，长期使用过程中，电池电量会产生衰减，所以在多次的充放电次数后（电池充放电循环次数times ≥y 次可设），不再以第一次计量的值作为剩余容量真实值，当STATE_C=0时，重新根据上述的方式，重新确认剩余容量真实值。

基于上述方法，本实施例还提出相应的装置。

一种智能锂离子电池电量显示装置，其包括：

剩余电量检测单元，用于判断电池的当前的剩余电量C是否小于或等于0，若是，则显示电量为1%并返回充放电状态判断单元，若否，则计算当前的剩余电量C=上一次的剩余电量C-电流值I*放电时间Td ，清零放电时间Td，并返回充放电状态判断单元；

第一电量显示单元，用于显示修正电量为0%；

第二电量显示单元，用于显示电量为100%。

第一电量显示单元之后还执行以下单元：

第一设置单元，用于设置完全放电标志；

第二设置单元，用于设置剩余电量C=放电量Cf，置位第一次充放电标志，清除完全放电标志和完全充电标志，对完全充放电的次数加1，清零放电量Cf，并返回充放电状态判断单元；

第三设置单元，用于清除第一次充放电标志，清零完全充放电的次数，并返回充放电状态判断单元。

第二电量显示单元之后还执行以下单元：

第四设置单元，用于设置完全充电标志；

第五设置单元，用于设置剩余电量C=充电量Cc，置位第一次充放电标志，清除完全放电标志和完全充电标志，对完全充放电的次数加1，清零充电量Cc，并返回充放电状态判断单元；

第六设置单元，用于清除第一次充放电标志，清零完全充放电的次数，并返回充放电状态判断单元。本发明完全是根据锂电池的充放电特性，更真实的实现单串到多串锂电池电量的数字显示。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.智能锂离子电池电量显示方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、读取电池的电压值U，根据锂离子电池充放电曲线得出电池的当前的剩余电量C；

步骤6、显示电量为0%；

步骤7、计算充电量Cc=电流值I*充电时间Tc+上一次充电量，所述上一次充电量为保存的充电量Cc，同时，计算当前的剩余电量C=上一次的剩余电量C+电流值I*充电时间Tc，清零充电时间Tc，并判断是否满足条件二，若否，则执行步骤7，若是，则执行步骤8；所述条件二为：电流值I小于或等于50mA，同时电压值U大于或等于上限电压值Up；

步骤8、显示电量为100%。

2.如权利要求1所述的智能锂离子电池电量显示方法，其特征在于，步骤6之后还执行以下步骤：

步骤6a、设置完全放电标志；

步骤6b、判断是否同时存在完全放电标志和完全充电标志，若否，则返回步骤2，若是则执行步骤6c；

步骤6c、判断是否存在第一次充放电标志，若是，则执行步骤6d，若否，则执行步骤6e；

步骤6d、设置剩余电量C=放电量Cf，置位第一次充放电标志、清除完全放电标志和完全充电标志，对完全充放电的次数加1，清零放电量Cf，并返回步骤2；

步骤6f、清除第一次充放电标志，清零完全充放电的次数，并返回步骤2。

3.如权利要求1所述的智能锂离子电池电量显示方法，其特征在于，步骤8之后还执行以下步骤：

步骤8a、设置完全充电标志；

步骤8b、判断是否同时存在完全放电标志和完全充电标志，若否，则返回步骤2，若是则执行步骤8c；

步骤8c、判断是否存在第一次充放电标志，若是，则执行步骤8d，若否，则执行步骤8e；

步骤8d、设置剩余电量C=充电量Cc，置位第一次充放电标志、清除完全放电标志和完全充电标志，对完全充放电的次数加1，清零充电量Cc，并返回步骤2；

步骤8f、清除第一次充放电标志，清零完全充放电的次数，并返回步骤2。

4.如权利要求1所述的智能锂离子电池电量显示方法，其特征在于，下限电压值Ud=3*nV，n=1,2,3，……。

5.如权利要求1所述的智能锂离子电池电量显示方法，其特征在于，上限电压值Up=4.2*nV，n=1,2,3，……。

智能锂离子电池电量显示装置，其特征在于，包括：

初始电量检测单元，用于读取电池的电压值U，根据锂离子电池充放电曲线得出电池的当前的剩余电量C；

剩余电量检测单元，用于判断电池的当前的剩余电量C是否小于或等于0，若是，则显示修正电量为1%并返回充放电状态判断单元，若否，则计算当前的剩余电量C=上一次的剩余电量C-电流值I*放电时间Td，清零放电时间Td，并返回充放电状态判断单元；

第一电量显示单元，用于显示电量为0%；

充电量检测单元，用于计算充电量Cc=电流值I*充电时间Tc+上一次充电量，所述上一次充电量为保存的充电量Cc，同时，计算当前的剩余电量C=上一次的剩余电量C+电流值I*充电时间Tc，清零充电时间Tc，并判断是否满足条件二，若是，则执行第二电量显示单元，若否，则执行条件三判断单元；所述条件二为：电流值I小于或等于50mA，同时电压值U大于或等于上限电压值Up；

第二电量显示单元，用于显示电量为100%。

6.如权利要求1所述的智能锂离子电池电量显示装置，其特征在于，第一电量显示单元之后还执行以下单元：

第一设置单元，用于设置完全放电标志；

第一判断单元，用于判断是否同时存在完全放电标志和完全充电标志，若否，则返回充放电状态判断单元，若是则执行第二判断单元；

第二判断单元，用于判断是否存在第一次充放电标志，若是，则执行第二设置单元，若否，则执行第三判断单元；

第二设置单元，用于设置剩余电量C=放电量Cf，置位第一次充放电标志、清除完全放电标志和完全充电标志，对完全充放电的次数加1，清零放电量Cf，并返回充放电状态判断单元；

第三设置单元，用于清除第一次充放电标志，清零完全充放电的次数，并返回充放电状态判断单元。

7.如权利要求1所述的智能锂离子电池电量显示装置，其特征在于，第二电量显示单元之后还执行以下单元：

第四设置单元，用于设置完全充电标志；

第四判断单元，用于判断是否同时存在完全放电标志和完全充电标志，若否，则返回充放电状态判断单元，若是则执行第五判断单元；

第五判断单元，用于判断是否存在第一次充放电标志，若是，则执行第五设置单元，若否，则执行第六判断单元；

第六设置单元，用于清除第一次充放电标志，清零完全充放电的次数，并返回充放电状态判断单元。

8.如权利要求1所述的智能锂离子电池电量显示装置，其特征在于，下限电压值Ud=3*nV，n=1,2,3，……。

9.如权利要求1所述的智能锂离子电池电量显示装置，其特征在于，上限电压值Up=4.2*nV，n=1,2,3，……。