CN107422268A - 电池剩余电量检测方法 - Google Patents

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    • G01R31/388—Determining ampere-hour charge capacity or SoC involving voltage measurements

Abstract

本发明公开了一种电池剩余电量检测方法，包括下述步骤：检测当前电池的温度和放电之前的电池电压，并根据当前温度找到对应的tf时间段内的CCV‑SOC数据表；检测当前温度对应的放电电压，计算得到电压差，并根据CCV‑SOC数据表确定当前的剩余电量属于哪一区间；细化计算当前区间段内的剩余电量，准确锁定电池剩余电量C。本发明具有如下有益效果：在放电电路和电压检测电路的基础上，引入时间参数tf，实现了电池剩余电量的在线检测；通过温度传感器检测电池温度，建立不同电池温度的CCV‑SOC的数据表，使电池的剩余电量检测适用于不同温度条件，更具有实用性。

Description

电池剩余电量检测方法
技术领域
本发明涉及电池管理技术领域，尤其是涉及一种带有温度检测功能，能够实现实时在线检测的电池剩余电量检测方法。
背景技术
随着经济技术的发展，锂原电池已经应用到了生活的各个方面。人们需要了解锂原电池在使用过程中的剩余电量情况，以便及时对锂原电池进行更换。如果剩余电量较大时进行更换，则会造成经济损失。如电量不足时还未更换，则会为生活带来不便。因此，锂原电池的剩余电量的检测，就显得尤为重要。由于锂原电池的工作电压受环境温度，工作电流等诸多因素的影响，会呈现出一种动态的、非线性的特性。并且锂原电池的放电电压-时间曲线通常都比较平坦，在大部分容量区间内几乎保持不变，只有在容量即将耗尽时，电压才开始以滚降方式下滑。这些不确定因素，给锂原电池的剩余电量检测带来了较大的因难，检测耗时长，不能实时在线检测等。为了解决这些问题，需要找到一种与锂原电池剩余电量相关的，便于实时测量的参数，通过检测该参数，用来对锂原电池的剩余电量进行评估。
中国专利公告号为CN105425159A，于2016年03月23号，公开了一种电池剩余电量的检测装置及方法，包括单片机、电流电压调节模块、电压采样电路、电流采样电路、PWM控制器；电流采样电路串接在电流电压调节模块与电池之间，所述电压采样电路与电池并联接入电流电压调节模块，电流电压调节模块包括发光二极管和光敏电阻，PWM控制器，用来控制发光二极管的亮度，从而控制光敏电阻的大小由此获得各组电压与电流的采样值，将获得的电压与电流采样值送单片机进行处理从而获得电池的剩余电量；单片机连接有显示器和电量告警装置。通过这种方法可以在电动车启动、运行及减速阶段准确的测得电池两端电压，即使在电池刚充满电或剩余电量较低时，也能准确获得电池两端电压，从而精确计算电池剩余电量。但其不足之处是：无法消除温度参数对于电池剩余电量检测的影响，造成剩余电量检测不准确。
发明内容
本发明为了克服现有技术中无法消除温度参数对于电池剩余电量检测的影响的不足，提出了一种带有温度检测功能，能够实现实时在线检测的电池剩余电量检测方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种电池剩余电量检测方法，其特征是，包括下述步骤：
(1-1)根据电池的不同使用环境，建立不同温度下tf时间段内的CCV-SOC数据表；
(1-2)温度检测电路检测电池当前温度，电压检测电路检测电池放电之前的电压；
(1-3)控制器通过控制放电电路对电池进行放电，电压检测电路检测当前温度对应的t时刻的电池放电电压，计算同一温度下，电池放电之前的电压和对应的放电电压的电压差ΔV'，并查询CCV-SOC 数据表确定当前温度下电压差ΔV'对应电池的剩余电量，确定剩余电量属于M1～MI区间段的隶属区间；其中I为大于等于2的正整数；
(1-4)根据当前计算得到的电压差ΔV'，并对当前隶属区间N 等分，准确计算当前电压差对应的剩余电量C；其中N为正整数。
电压检测电路用于检测放电电路在放电之前、放电过程和放电之后的电池电压，实现了电池电压的在线检测。温度检测电路用于对电池进行温度检测，能够减小温度参数对于电池剩余电量检测的影响。
因此本发明能够实现电池剩余电量的实时在线检测，减小温度参数对于电池剩余电量检测的影响。
作为优选，步骤(1-1)中，电池不同使用温度下tf时间段内的 CCV-SOC数据表的建立过程包括如下步骤：
(2-1)在进行电池放电操作前，控制器通过电压检测电路，检测当前电池的电压值V0；
(2-2)控制器通过控制放电电路对电池进行放电，在电池放电同时，启动定时器功能；
(2-3)当定时时间达到tf的t1时刻，电压检测电路检测当前 t1时刻所述电池的瞬时放电电压值Vf，测得电压Vf后，计算两个时间的电压差ΔV＝V0-Vf；其中，t1∈tf；
(2-4)根据ΔV值，建立不同温度下的tf时间段内电池放电电压差与剩余电量关系(CCV-SOC)数据表。
作为优选，步骤(1-4)中的计算步骤如下：
(3-1)查询CCV-SOC数据表，获得电压差所隶属的剩余电量区间的剩余电量最大值C1及其对应的电压差ΔV1、剩余电量区间的剩余电量最小值C2及其对应的电压差ΔV2；
(3-2)剩余电量变化量与电压差变化量之间的关系为：
(3-3)控制器根据关系式或获得电池的剩余电量C。
作为优选，tf时间段为0秒到5秒。
作为优选，温度检测电路包括滤波电容C2，分压电阻R6和热敏电阻RM1，热敏电阻RM1一端与电源电连接，热敏电阻RM1另一端分别与滤波电容C2，分压电阻R6和控制器电连接，滤波电容C2和分压电阻R6另一端均接地。
作为优选，放电电路包括上拉电阻R4、场效应管Q2、限流电阻 R7、三极管Q3和恒定电阻R3；所述三极管Q3的基极与电阻R7一端电连接，电阻R7的另一端与控制器电连接，三极管Q3的发射极接地，三极管Q3的集电极分别与电阻R4的一端和场效应管Q2的栅极电连接，电阻R4的另一端分别与场效应管Q2的源极和电源电连接，场效应管Q2的漏极与电阻R3一端电连接，电阻R3另一端接地。
作为优选，放电电路包括上拉电阻R4、场效应管Q2、限流电阻 R7、三极管Q3、电阻R9、电阻R10、负载电阻R11和恒流源芯片；所述三极管Q3的基极与电阻R7一端电连接，电阻R7的另一端与控制器电连接，三极管Q3的发射极接地，三极管Q3的集电极分别与电阻R4的一端和场效应管Q2的栅极电连接，电阻R4的另一端分别与场效应管Q2的源极和电源电连接，场效应管Q2的漏极与恒流源芯片电连接，电阻R9的一端分别与电阻R11和电阻R10的一端电连接，电阻R9的另一端与恒流源芯片电连接，电阻R11的另一端接地，电阻R10的另一端与恒流源芯片电连接。
作为优选，电压检测电路包括限流电阻R5、上拉电阻R8、三极管Q1、三极管Q4、分压电阻R1、分压电阻R2和滤波电容C1；所述三极管Q4的基极与R8一端电连接，R8另一端与控制器电连接，三极管Q4的发射极接地，三极管Q4的集电极与R5一端电连接，R5另一端与三极管Q1基极电连接，三极管Q1的发射极与电源电连接，三极管Q1的集电极与电阻R1一端电连接，R1另一端分别与电阻R2一端、电容C1一端和控制器电连接，电阻R2另一端和电容C1另一端均接地。
作为优选，Mk的取值为MA到MB，其中
因此，本发明具有如下有益效果：在放电电路和电压检测电路的基础上，引入时间参数tf，建立不同温度下电池的放电电压差与剩余电量之间的对应关系，实现了电池剩余电量的在线检测；通过温度传感器检测电池温度，使电池的剩余电量检测适用于不同温度条件，更具有实用性；对隶属区间进行等分，使电池剩余电量的检测具有更高的精度与细分等级。
附图说明
图1是本发明的一种流程图；
图2是本发明的一种原理框图；
图3是本发明的放电电路的电路图；
图4是本发明的电压检测电路的一种电路图；
图5是本发明的温度检测电路的一种电路图。
图中：电池1、温度检测电路2、控制器3、放电电路4、电压检测电路5。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。
实施例1
如图1所示的实施例是一种电池剩余电量检测方法，包括下述步骤：
步骤一，根据电池的不同使用环境，建立不同温度下tf时间段内的CCV-SOC数据表；
当电池1温度为25℃时，在进行电池放电操作前，如图2所示，控制器3通过电压检测电路5，检测当前的电压值V0；用放电电路4 对电池进行放电操作，在电池1放电同时，启动定时器功能；当定时时间达到tf的t1时刻，电压检测电路5检测当前t1时刻电池的瞬时电压值Vf，测得电压Vf后，计算两个时间的电压差ΔV＝V0-Vf；其中，t1∈tf；根据ΔV值，建立温度为25℃下的tf时间段内电池放电电压差与剩余电量关系(CCV-SOC)数据表，如下表所示，t1的值为0、0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5和4。
如图3所示，放电电路4包括上拉电阻R4、场效应管Q2、限流电阻R7、三极管Q3和恒定电阻R3；所述三极管Q3的基极与电阻R7 一端电连接，电阻R7的另一端与控制器电连接，三极管Q3的发射极接地，三极管Q3的集电极分别与电阻R4的一端和场效应管Q2的栅极电连接，电阻R4的另一端分别与场效应管Q2的源极和电源电连接，场效应管Q2的漏极与电阻R3一端电连接，电阻R3另一端接地。
如图4所示，电压检测电路5包括限流电阻R5、上拉电阻R8、三极管Q1、三极管Q4、分压电阻R1、分压电阻R2和滤波电容C1；所述三极管Q4的基极与R8一端电连接，R8另一端与控制器电连接，三极管Q4的发射极接地，三极管Q4的集电极与R5一端电连接，R5 另一端与三极管Q1基极电连接，三极管Q1的发射极与电源电连接，三极管Q1的集电极与电阻R1一端电连接，R1另一端分别与电阻R2 一端、电容C1一端和控制器电连接，电阻R2另一端和电容C1另一端均接地。
温度为25℃的tf时间内的CCV-SOC数据表
步骤二，温度检测电路检测电池当前温度，电压检测电路检测电池放电之前的电压；
如图5所示，温度检测电路2包括滤波电容C2，分压电阻R6和热敏电阻RM1，热敏电阻RM1一端与电源电连接，热敏电阻RM1另一端分别与滤波电容C2，分压电阻R6和控制器3电连接，滤波电容C2 和分压电阻R6另一端均接地。
将热敏电阻RM1直接贴到电池上，使用导线与PCB板连接，再配合电阻分压电路，对温度进行检测，检测到当前电池的温度Tmp为 25℃，电池放电之前的电池电压为3.667V。
步骤三，控制器通过控制放电电路对电池进行放电，电压检测电路检测当前温度对应的t时刻的电池放电电压，计算同一温度下，电池放电之前的电压和对应的放电电压的电压差ΔV'，并查询CCV-SOC 数据表确定当前温度下电压差ΔV'对应电池的剩余电量，确定剩余电量属于M1～MI区间段的隶属区间；其中I为大于等于2的正整数
本实施例中I＝5，所以剩余电量的区间段包括M1、M2、M3、M4 和M5，M1取值为100％到80％，M2取值为80％到60％，M3取值为60％到40％，M4取值为40％到20％，M5取值为20％到0％，如上述表格所示。
放电电路4开始工作，启动定时器功能，获得放电时间t为1.5s，当电压检测电路5进行电压检测时，控制器3通过内部配置，将电路输出端的BAT_AD引脚置为AD采样模块，进行电压AD(模/数转换) 采样，获得当前温度对应的t为1.5s时电池的放电电压为3.588V，计算放电之前的电压和当前温度对应的t为1.5s时放电电压的电压差ΔV＝3.667-3.588＝0.079V，然后根据上述表格确定当前电池的剩余电量的区间为100％-80％。
步骤四，根据当前计算得到的电压差ΔV'，并对当前隶属区间N 等分，准确计算当前电压差ΔV'对应的剩余电量C；其中N为正整数
查询CCV-SOC数据表，获得电压差ΔV所确定的剩余电量区间的剩余电量最大值C1为100％及其对应的电压差ΔV1为0.066V、剩余电量区间的剩余电量最小值C2为80％及其对应的电压差ΔV2为0.09V；然后根据公式计算得到最后根据公式或准确计算得到电池的剩余容量或
实施例2
实施例2包括实施例1的所有结构及步骤部分，实施例2的放电电路4结构如下，如图3所示，放电电路4包括上拉电阻R4、场效应管Q2、限流电阻R7、三极管Q3、电阻R9、电阻R10、负载电阻R11 和恒流源芯片；所述三极管Q3的基极与电阻R7一端电连接，电阻 R7的另一端与控制器电连接，三极管Q3的发射极接地，三极管Q3 的集电极分别与电阻R4的一端和场效应管Q2的栅极电连接，电阻 R4的另一端分别与场效应管Q2的源极和电源电连接，场效应管Q2 的漏极与恒流源芯片电连接，电阻R9的一端分别与电阻R11和电阻 R10的一端电连接，电阻R9的另一端与恒流源芯片电连接，电阻R11 的另一端接地，电阻R10的另一端与恒流源芯片电连接。
应理解，本实施例仅用于说明本发明而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (9)

1.一种电池剩余电量检测方法，其特征是，包括下述步骤：
(1-1)根据电池的不同使用环境，建立不同温度下tf时间段内的CCV-SOC数据表；
(1-2)温度检测电路检测电池当前温度，电压检测电路检测电池放电之前的电压；
(1-3)控制器通过控制放电电路对电池进行放电，电压检测电路检测当前温度对应的t时刻的电池放电电压，计算同一温度下，电池放电之前的电压和对应的放电电压的电压差ΔV'，并查询CCV-SOC数据表确定当前温度下电压差ΔV'对应电池的剩余电量，确定剩余电量属于M1～MI区间段的隶属区间；其中I为大于等于2的正整数；
(1-4)根据当前计算得到的电压差ΔV'，并对当前隶属区间N等分，准确计算当前电压差ΔV'对应的剩余电量C；其中N为正整数。
2.根据权利要求1所述的电池剩余电量检测方法，其特征是，步骤(1-1)中，所述电池不同使用温度下tf时间段内的CCV-SOC数据表的建立过程包括如下步骤：
(2-1)在进行电池放电操作前，控制器通过电压检测电路，检测当前电池的电压值V0；
(2-2)控制器通过控制放电电路对电池进行放电，在电池放电同时，启动定时器功能；
(2-3)当定时时间达到tf的t1时刻，电压检测电路检测当前t1时刻所述电池的瞬时放电电压值Vf，测得电压Vf后，计算两个时间的电压差ΔV＝V0-Vf；其中，t1∈tf；
(2-4)根据ΔV值，建立不同温度下的tf时间段内电池放电电压差与剩余电量关系(CCV-SOC)数据表。
3.根据权利要求1所述的电池剩余电量检测方法，其特征是，步骤(1-4)中的计算步骤如下：
(3-1)查询CCV-SOC数据表，获得电压差ΔV所隶属的剩余电量区间的剩余电量最大值C1及其对应的电压差ΔV1、剩余电量区间的剩余电量最小值C2及其对应的电压差ΔV2；
(3-2)剩余电量变化量与电压差变化量之间的关系为：
(3-3)控制器根据关系式或获得电池的剩余电量C。
4.根据权利要求2或3所述的电池剩余电量检测方法，其特征是，所述tf时间段为0秒到5秒。
5.根据权利要求1所述的电池剩余电量检测方法，其特征是，所述温度检测电路(2)包括滤波电容C2，分压电阻R6和热敏电阻RM1，热敏电阻RM1一端与电源电连接，热敏电阻RM1另一端分别与滤波电容C2，分压电阻R6和控制器电连接，滤波电容C2和分压电阻R6另一端均接地。
6.根据权利要求1或2所述的电池剩余电量检测方法，其特征是，所述放电电路(4)包括上拉电阻R4、场效应管Q2、限流电阻R7、三极管Q3和恒定电阻R3；所述三极管Q3的基极与电阻R7一端电连接，电阻R7的另一端与控制器电连接，三极管Q3的发射极接地，三极管Q3的集电极分别与电阻R4的一端和场效应管Q2的栅极电连接，电阻R4的另一端分别与场效应管Q2的源极和电源电连接，场效应管Q2的漏极与电阻R3一端电连接，电阻R3另一端接地。
7.根据权利要求1或2所述的电池剩余电量检测方法，其特征是，所述放电电路(4)包括上拉电阻R4、场效应管Q2、限流电阻R7、三极管Q3、电阻R9、电阻R10、负载电阻R11和恒流源芯片；所述三极管Q3的基极与电阻R7一端电连接，电阻R7的另一端与控制器电连接，三极管Q3的发射极接地，三极管Q3的集电极分别与电阻R4的一端和场效应管Q2的栅极电连接，电阻R4的另一端分别与场效应管Q2的源极和电源电连接，场效应管Q2的漏极与恒流源芯片电连接，电阻R9的一端分别与电阻R11和电阻R10的一端电连接，电阻R9的另一端与恒流源芯片电连接，电阻R11的另一端接地，电阻R10的另一端与恒流源芯片电连接。
8.根据权利要求1或2所述的电池剩余电量检测方法，其特征是，所述电压检测电路(5)包括限流电阻R5、上拉电阻R8、三极管Q1、三极管Q4、分压电阻R1、分压电阻R2和滤波电容C1；所述三极管Q4的基极与R8一端电连接，R8另一端与控制器电连接，三极管Q4的发射极接地，三极管Q4的集电极与R5一端电连接，R5另一端与三极管Q1基极电连接，三极管Q1的发射极与电源电连接，三极管Q1的集电极与电阻R1一端电连接，R1另一端分别与电阻R2一端、电容C1一端和控制器电连接，电阻R2另一端和电容C1另一端均接地。
9.根据权利要求1或2或3或5所述的电池剩余电量检测方法，其特征是,Mk的取值为MA到MB，其中
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