CN104111429B - 基于电压跟踪的锂电池剩余电量的计量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于电压跟踪的锂电池剩余电量的计量方法，包括：A.系统充放电；B.库仑积分法估算剩余电量；C.判断是否满足放电截止条件；若是，返回步骤B；若否，执行步骤D；D.判断电芯的电压是否小于一电压跟踪电压设定阈值，或判断电芯的剩余电量百分比是否小于一电压跟踪电量百分比设定阈值；若否，返回步骤B；若是，执行步骤E；E.计算电芯的电压变化率和电量变化率；F.比较电压变化率和电量变化率的大小；若前者小于后者，执行步骤G；若后者大于前者，执行步骤H；若两者相等，直接返回步骤B；G.相应增加剩余电量，使其和电压变化率同步；H.相应减小剩余电量，使其和电压变化率同步。本发明提高了剩余电量的估算精度。

Description

基于电压跟踪的锂电池剩余电量的计量方法

技术领域

本发明涉及锂电池剩余电量的计量技术领域，具体来说，本发明涉及一种基于电压跟踪的锂电池剩余电量的计量方法。

背景技术

随着智能手机、笔记本电脑等移动通讯产品的普及、电动交通工具的发展以及太阳能电池应用的需要，在更好的电池未出现以前，锂电池作为一种高能二次电池，其独特优势将会在很长一段时间得到广泛应用。在很多应用中，都需要实时了解锂电池剩余电量以估算电池的可用时间。

最初锂电池剩余电量的计量方法是通过监视电池开路电压来获得剩余电量，这是因为电池端电压和剩余电量之间有一个确定的关系。但该方法的局限是：1)对于不同厂商的电池，其开路电压和电池电量之间的关系各不相同，故需要针对不同厂商的电芯测量其对应关系；2)只有通过测量电池空载时的开路电压才能获得相对准确的结果，但实际应用都需要在充放电过程中获取剩余电量，此时充放电电流在电池内阻上的压降会影响开路电压测试精度。

现在常用的一种计量方法是库仑积分法：通过测量流入/流出电池的净电荷来估算电池剩余容量。该方法对流入/流出电池的总电流进行积分，得到流入/流出的电量，电池初始电量±流入/流出电量＝剩余电量。电池初始电量可以预置，也可在完整的充放电周期中进行学习更新。由于电芯剩余电量和放电电流、温度、电池自放电、老化等因素有关，故在进行剩余电量计算时，还需要进行校正。现在常用的一种方法是在放电截止点对剩余电量进行校正，但该方法会出现剩余电量在放电截止点不平滑的情况。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于电压跟踪的锂电池剩余电量的计量方法，能够实时对电芯电压进行跟踪，同步修正剩余电量，提高对剩余电量的估算精度。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于电压跟踪的锂电池剩余电量的计量方法，包括步骤：

A.锂电池系统充放电；

B.使用库仑积分法估算电芯的剩余电量；

C.根据所述剩余电量判断是否满足放电截止条件；若满足，则返回上述步骤B；若不满足，则执行下一步骤D；

D.判断所述电芯的电压是否小于一电压跟踪电压设定阈值，或者判断所述电芯的剩余电量百分比是否小于一电压跟踪电量百分比设定阈值；若否，则返回上述步骤B；若是，则执行下一步骤E；

E.计算单位时间内所述电芯的电压和电量的变化值，即电压变化率和电量变化率；

F.比较所述电压变化率和所述电量变化率的大小；若所述电压变化率小于所述电量变化率，则执行下述步骤G；若所述电压变化率大于所述电量变化率，则执行下述步骤H；若所述电压变化率等于所述电量变化率，则不调整所述剩余电量，直接返回上述步骤B；

G.相应增加所述剩余电量，使其和所述电压变化率同步；

H.相应减小所述剩余电量，使其和所述电压变化率同步。

可选地，所述电压变化率的计算公式为：

$R_V=\frac{V_1-V_2}{V_2-V_E}$

其中，R_V为所述电压变化率，V₁为放电过程中第1时间点对应的电压；V₂为放电过程中第2时间点对应的电压；V_E为放电截止时所述电芯的电压。

可选地，所述电量变化率的计算公式为：

$R_Q=\frac{Q_1-Q_2}{Q_2-Q_E}$

其中，R_Q为所述电量变化率，Q₁为放电过程中第1时间点对应的所述电芯的剩余电量；Q₂为放电过程中第2时间点对应的所述电芯的剩余电量；Q_E为放电截止时所述电芯的剩余电量。

可选地，所述放电截止条件为：所述电芯的剩余电量是所述电芯的总电量的N％，即所述电芯的剩余电量百分比降至N％，以及所述电芯的电压降至放电截止电压；N为根据需求设定的数值。

可选地，若所述电芯的电压先降至所述放电截止电压而所述剩余电量百分比未到N％时，则调整所述剩余电量为当前截止电压所对应的电量；

若所述电芯的所述剩余电量百分比降至N％而电压未降至所述放电截止电压时，则在所述电芯的电压降至所述放电截止电压之前，所述剩余电量不再减小。

可选地，若所述电压变化率(R_V)小于所述电量变化率(R_Q)，调整后的所述剩余电量为Q’₂＝Q₂+K₁×|Q₁-Q₂|；其中，K₁为一正的比例系数；

若所述电压变化率(R_V)大于所述电量变化率(R_Q)，调整后的所述剩余电量为Q’₂＝Q₂-K₂×|Q₁-Q₂|；其中，K₂为一正的比例系数；

若所述电压变化率(R_V)等于所述电量变化率(R_Q)，不调整所述剩余电量，即Q’₂＝Q₂。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明在库仑积分法的基础上，引入电压跟踪方法，提前对电芯电压进行跟踪以实时校正剩余电量的估值，简单有效地解决了放电曲线不平滑情况，提高了剩余电量的估算精度。该方法实现起来简单有效，适应性强，并且不需要针对不同类电芯进行大量数据采集和分析来建立数据库。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1为本发明一个实施例的基于电压跟踪的锂电池剩余电量的计量方法中电芯的电压变化率大于电量变化率的曲线示意图；

图2为本发明一个实施例的基于电压跟踪的锂电池剩余电量的计量方法的实施流程图；

图3-a和图3-b分别为本发明一个实施例的基于电压跟踪的锂电池剩余电量的计量方法中，电芯的电压变化率小于电量变化率的情形下剩余电量百分比在调整前、后的曲线示意图；

图4-a和图4-b分别为本发明一个实施例的基于电压跟踪的锂电池剩余电量的计量方法中，电芯的电压变化率大于电量变化率的情形下剩余电量百分比在调整前、后的曲线示意图。

具体实施方式

本发明的实现原理先描述如下：

锂电池的电芯开始充放电时，系统会实时监控当前电压和剩余电量。当电芯电压或剩余电量降低至系统设定阈值时，系统会启动一电压跟踪模块，得到电芯的电压和电量的变化率(单位时间内，电芯的电压和电量变化的幅度)。如果电压变化率R_V小于电量变化率R_Q，则相应增加剩余电量；如果电压变化率R_V和电量变化率R_Q相同，则剩余电量不做调整；如果电压变化率R_V大于电量变化率R_Q，则相应减小剩余电量。图1即为本发明一个实施例的基于电压跟踪的锂电池剩余电量的计量方法中电芯的电压变化率R_V大于电量变化率R_Q的曲线示意图。

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。

图2为本发明一个实施例的基于电压跟踪的锂电池剩余电量的计量方法的实施流程图。如图2所示，锂电池剩余电量的该计量方法主要包括：

执行步骤S201，锂电池系统充放电。

执行步骤S202，使用库仑积分法估算电芯的剩余电量。

执行步骤S203，根据剩余电量判断是否满足放电截止条件；若满足，则返回上述步骤S202；若不满足，则执行下一步骤S204。

执行步骤S204，判断电芯的电压是否小于一电压跟踪电压设定阈值，或者判断电芯的剩余电量百分比是否小于一电压跟踪电量百分比设定阈值；若否，则返回上述步骤S202；若是，则执行下一步骤S205。

在本实施例中，剩余电量百分比是由如下方式计算的：(电芯剩余电量÷电芯总电量)×100％。

执行步骤S205，计算单位时间内电芯的电压和电量的变化值，即电压变化率R_V和电量变化率R_Q。

在本实施例中，电压变化率R_V的计算公式为：

$R_V=\frac{V_1-V_2}{V_2-V_E}$

其中，R_V为电压变化率，V₁为放电过程中第1时间点对应的电压；V₂为放电过程中第2时间点对应的电压；V_E为放电截止时电芯的电压。另外，V_S为放电开始时电芯的电压(见图1)。

在本实施例中，电量变化率R_Q的计算公式为：

$R_Q=\frac{Q_1-Q_2}{Q_2-Q_E}$

其中，R_Q为电量变化率，Q₁为放电过程中第1时间点对应的电芯的剩余电量；Q₂为放电过程中第2时间点对应的电芯的剩余电量；Q_E为放电截止时电芯的剩余电量。另外，Q_S为放电开始时电芯的剩余电量(见图1)。

执行步骤S206，比较电压变化率R_V和电量变化率R_Q的大小；若电压变化率R_V小于电量变化率R_Q，则执行下述步骤S207；若电压变化率R_V大于电量变化率R_Q，则执行下述步骤S208；若电压变化率R_V等于电量变化率R_Q，则不调整剩余电量，直接返回上述步骤S202。

执行步骤S207，相应增加剩余电量，使其和电压变化率R_V同步。

执行步骤S208，相应减小剩余电量，使其和电压变化率R_V同步。

在本实施例中，对于上述步骤S206～S208来说：

若电压变化率R_V小于电量变化率R_Q，调整后的剩余电量为Q’₂＝Q₂+K₁×|Q₁-Q₂|；其中，K₁为一正的比例系数(如图3-a、图3-b所示)。

若电压变化率R_V大于电量变化率R_Q，调整后的剩余电量为Q’₂＝Q₂-K₂×|Q₁-Q₂|；其中，K₂为一正的比例系数(如图4-a、图4-b所示)。

若电压变化率R_V等于电量变化率R_Q，则调整后的剩余电量Q’₂＝Q₂，即相当于不调整剩余电量。

如果在放电过程中，还未到放电截止状态，电芯开始充电，则系统也需要相应的进行电压跟踪，实时监控电压变化率和电量变化率，对应调整电芯的剩余电量，其原理和放电时电压跟踪方法一致。

经过本发明的电压跟踪方法的调整，放电曲线会更加平滑，如图3-b、4-b所示。

另外，在上述步骤S203中提到的放电截止条件可以为：电芯的剩余电量是电芯的总电量的N％，即电芯的剩余电量百分比降至N％，以及电芯的电压降至放电截止电压；N为可根据需求设定的数值，常用设置为7。若电芯的电压先降至放电截止电压而剩余电量百分比未到N％时，则调整剩余电量为当前截止电压所对应的电量。若电芯的剩余电量百分比降至N％而电压未降至放电截止电压时，则在电芯的电压降至放电截止电压之前，剩余电量不再减小。

总之，基于电压跟踪的锂电池剩余电量的计量方法，简单有效的解决了剩余电量的估算精度，同时还保证了放电曲线平滑。

综上所述，本发明在库仑积分法的基础上，引入电压跟踪方法，提前对电芯电压进行跟踪以实时校正剩余电量的估值，简单有效地解决了放电曲线不平滑情况，提高了剩余电量的估算精度。该方法实现起来简单有效，适应性强，并且不需要针对不同类电芯进行大量数据采集和分析来建立数据库。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于电压跟踪的锂电池剩余电量的计量方法，包括步骤：

A.锂电池系统充放电；

B.使用库仑积分法估算电芯的剩余电量；

C.根据所述剩余电量判断是否满足放电截止条件；若满足，则返回上述步骤B；若不满足，则执行下一步骤D；

其中，所述放电截止条件为：所述剩余电量是所述电芯的总电量的N％，即所述电芯的剩余电量百分比降至N％，以及所述电芯的电压降至放电截止电压；N为根据需求设定的数值；

D.判断所述电芯的电压是否小于一电压跟踪电压设定阈值，或者判断所述电芯的剩余电量百分比是否小于一电压跟踪电量百分比设定阈值；若否，则返回上述步骤B；若是，则执行下一步骤E；

E.计算单位时间内所述电芯的电压和电量的变化值，即电压变化率(R_V)和电量变化率(R_Q)；

F.比较所述电压变化率(R_V)和所述电量变化率(R_Q)的大小；若所述电压变化率(R_V)小于所述电量变化率(R_Q)，则执行下述步骤G；若所述电压变化率(R_V)大于所述电量变化率(R_Q)，则执行下述步骤H；若所述电压变化率(R_V)等于所述电量变化率(R_Q)，则不调整所述剩余电量，直接返回上述步骤B；

G.相应增加所述剩余电量，使其和所述电压变化率(R_V)同步；

H.相应减小所述剩余电量，使其和所述电压变化率(R_V)同步。

2.根据权利要求1所述的锂电池剩余电量的计量方法，其特征在于，所述电压变化率(R_V)的计算公式为：

$R_V=\frac{V_1-V_2}{V_2-V_E}$

其中，R_V为所述电压变化率，V₁为放电过程中第1时间点对应的电压；V₂为放电过程中第2时间点对应的电压；V_E为放电截止时所述电芯的电压。

3.根据权利要求2所述的锂电池剩余电量的计量方法，其特征在于，所述电量变化率(R_Q)的计算公式为：

$R_Q=\frac{Q_1-Q_2}{Q_2-Q_E}$

其中，R_Q为所述电量变化率，Q₁为放电过程中第1时间点对应的所述电芯的剩余电量；Q₂为放电过程中第2时间点对应的所述电芯的剩余电量；Q_E为放电截止时所述电芯的剩余电量。

4.根据权利要求3所述的锂电池剩余电量的计量方法，其特征在于：

若所述电芯的电压先降至所述放电截止电压而所述剩余电量百分比未到N％时，则调整所述剩余电量为当前截止电压所对应的电量；

若所述电芯的所述剩余电量百分比降至N％而电压未降至所述放电截止电压时，则在所述电芯的电压降至所述放电截止电压之前，所述剩余电量不再减小。

5.根据权利要求4所述的锂电池剩余电量的计量方法，其特征在于：

若所述电压变化率(R_V)小于所述电量变化率(R_Q)，调整后的所述剩余电量为Q₂＝Q₂+K₁×|Q₁-Q₂|；其中，K₁为一正的比例系数；

若所述电压变化率(R_V)大于所述电量变化率(R_Q)，调整后的所述剩余电量为Q₂＝Q₂-K₂×|Q₁-Q₂|；其中，K₂为一正的比例系数；

若所述电压变化率(R_V)等于所述电量变化率(R_Q)，不调整所述剩余电量，即Q₂＝Q₂。