CN108287310B - 一种锂电池负荷检测装置及负荷计算方法 - Google Patents

一种锂电池负荷检测装置及负荷计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锂电池负荷检测装置，电流传感器、电压传感器、温度传感器、循环次数计数器、显示模块为控制器的外围电路分别与控制器相连，所述电流传感器、电压传感器、温度传感器、循环次数计数器分别检测锂电池的电流、电压、温度和已经使用过的循环次数，并将检测信号送入控制器，控制器通过电流、电压、温度和循环次数计算出锂电池的当前负荷情况。本发明锂电池负荷检测装置可以实现锂电池负荷在线检测；锂电池负荷计算方法简单易行、实施可靠，可以有效地减小锂电池系统中控制器的负担。

Description

一种锂电池负荷检测装置及负荷计算方法
技术领域
本发明涉及锂电池检测技术领域，特别是涉及一种锂电池负荷检测装置及负荷计算方法。
背景技术
随着锂电池的应用越来越广泛，人们对于锂电池系统的性能、安全等要求也越来越高。锂电池系统功率密度较低，其功率负荷不适合有较为剧烈的变化，所以实时检测锂电池的负荷状态对于负载变化较大的电动系统，具有重要的意义。检测锂电池的负荷主要是通过检测锂电池的电压、电流、温度等参数，然后计算出锂电池当前输出功率与最大输出功率之比值。锂电池当前功率可以使用当前的电参数计算，但是锂电池最大功率的计算则比较困难。近年来，锂电池最大放电功率在线计算的也出现很多方法，专利“一种动力电池组极限功率的模型反推动态算法”(CN 104298793 A)，“锂离子电池峰值功率在线评估方法”(CN 103675707 A)，“一种动力电池的峰值功率预测方法”(CN 103675707 A)。上述专利都是对锂电池最大放电功率的评估计算提出的各种方法，而且这些方法模型复杂、参数调整困难，对于主要由微控制器控制的锂电池系统来说负担过重，实施上存在很大障碍。
发明内容
本发明的目的是提供一种锂电池负荷检测装置及负荷计算方法，通过使用简单易行的方法，检测锂电池的电压、电流、温度，计算出锂电池功率负荷，实现锂电池负荷在线检测。
本发明所要求解决的技术问题可以通过以下技术方案来实现：
一种锂电池负荷检测装置，包括电流传感器、电压传感器、温度传感器、循环次数计数器、控制器、显示模块，所述电流传感器、电压传感器、温度传感器、循环次数计数器、显示模块为控制器的外围电路分别与控制器相连，所述电流传感器、电压传感器、温度传感器、循环次数计数器分别检测锂电池的电流、电压、温度和已经使用过的循环次数，并将检测信号送入控制器，控制器通过电流、电压、温度和循环次数计算出锂电池的当前负荷情况。
进一步地，所述控制器为单片机或ARM或DSP。
进一步地，所述电流传感器为霍尔传感器。
进一步地，所述电压传感器为A/D电压检测电路。
进一步地，所述温度传感器为贴片式铂电阻。
进一步地，所述显示模块为LCD模块。
进一步地，所述循环次数计数器为计数电路。
一种锂电池负荷计算方法，包括以下步骤：
S1、计算电量补偿系数αSOC，
Figure BDA0001205181150000021
其中：SOC为当前电量，取值在0～100之间；SOC0为电量阀值；K1低电量加权系数；
S2、计算电池循环容量补偿系数αH，
Figure BDA0001205181150000031
其中：j为电池当前循环次数；j0为循环次数阈值；K2为寿命加权系数；
S3、计算电池温度补偿系数αW，
Figure BDA0001205181150000032
其中：T为电池当前温度；T0为温度阈值；K3为温度加权系数；
S4、计算锂电池内阻R1；
R1＝R0×αSOC×αH×αW
其中：R0为初始电池内阻；
S5、计算锂电池最大放电电流IMAX，
Figure BDA0001205181150000033
其中：IMAX为电池最大放电电流；I1为电池当前电流；U1为电池当前电压；Umin为电池最小电压；
S6、计算锂电池负荷，锂电池出现最大放电电流时，产生最大输出功率；
Figure BDA0001205181150000034
本发明的有益效果：一种锂电池负荷检测装置，通过电流传感器、电压传感器、温度传感器、循环次数计数器检测锂电池的电流、电压、温度和已经使用过的循环次数，采用控制器计算出锂电池功率负荷，实现锂电池负荷在线检测；锂电池负荷计算方法简单易行、实施可靠，可以有效地减小锂电池系统中控制器的负担。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明：
图1是锂电池负荷检测装置原理框图；
图2是锂电池负荷检测装置实施例示意图；
图3是锂电池负荷计算方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明技术方案的内容和优势更加清楚明了，下面结合附图对本发明进一步描述。
结合图1，一种锂电池负荷检测装置，包括电流传感器、电压传感器、温度传感器、循环次数计数器、控制器、显示模块。电流传感器、电压传感器、温度传感器、循环次数计数器、显示模块为控制器的外围电路分别与控制器相连。电流传感器、电压传感器、温度传感器、循环次数计数器分别检测锂电池的电流、电压、温度和已经使用过的循环次数，并将检测信号送入控制器，控制器通过电流、电压、温度和循环次数计算出锂电池的当前负荷情况。
结合图2，锂电池负荷检测装置实施例示意图，控制器是整个锂电池负荷检测装置的计算控制中心模块，控制器可以是ARM、DSP、单片机等各种微控制器，在性能符合要求的情况下，通常选用成本较低的单片机。电压传感器的作用是把锂电池的端电压模拟信号转换为数字信号传送给控制器，通常使用A/D转换器采集电压值，如果锂电池端电压与A/D转换器测量范围差距较大，可以在前端加上分压、放大电路，组合成A/D电压检测电路。电流传感器负责检测锂电池电流信号，如果电流较小，可以直接在电池回路中串入精密电阻测量；如果电流较大，则可以使用霍尔传感器或者使用分流器测量。温度传感器的作用是实施检测锂电池表面的温度，可以是接触式或者非接触式传感器，通常可以使用贴片式铂电阻。显示模块为LCD模块。循环次数计数器用来计算锂电池已经使用过的循环次数，可以使用一个充放电截止电压触发的计数电路，或者用充放电曲线数据在控制器中直接计算。
控制器是选用成本低廉，可靠性好的的单片机，电压传感器使用A/D转换器采集电压值；电流传感器采用可靠的非接触式霍尔传感器；温度传感器使用贴片式铂电阻；循环次数计数器为由充电饱和电压和放电截止电压触发的计数电路。锂电池，经过测量初始内阻5.56mΩ当前电量20％，电量阈值30％，低电量加权系数为2.5，当前温度20℃，温度阈值0℃，温度加权系数为3.2当前循环次数800次，循环次数阈值为667次，寿命加权系数为2.6，电池当前电压3.5V，当前电流10A，最小输出电压3.0V。
结合图3，锂电池负荷计算方法流程图，锂电池负荷计算方法，包括以下步骤：
S1、计算电量补偿系数αSOC，锂电池内阻在电量充足时比较稳定，电量低时会明显增大，锂电池电量阈值通常在30％左右。
Figure BDA0001205181150000051
αSOC＝K1＝2.5，
其中：SOC为当前电量，取值在0～100之间；SOC0为电量阀值；K1低电量加权系数，可以根据实测的低电量内阻值来调整；
S2、计算电池循环容量补偿系数αH，在循环次数较低时电池内阻变化不明显，而在寿命末期，内阻会加速增大，循环次数阈值j0随电池差异而不相同，通常j0应该大于电池总循环次数的2/3；
Figure BDA0001205181150000061
αH＝K2＝2.6
其中：j为电池当前循环次数；j0为循环次数阈值；K2为寿命加权系数，可以根据实测的循环寿命末期电池内阻值来调整；
S3、计算电池温度补偿系数αW，对于锂电池来说αW是温度t的函数，在常温下内阻比较稳定，但是温度过低会影响锂电池的放电能力，一般在0度附近锂电池内阻会显著增大；
Figure BDA0001205181150000062
αW＝1
其中：T为电池当前温度；T0为温度阈值；K3为温度加权系数，可以根据实测的低温状态下电池内阻值来调整；
S4、计算锂电池内阻R1；
R1＝R0×αSOC×αH×αW
R1＝R0×αSOC×αH×αW＝36.14mΩ
其中：R0为初始电池内阻，可以实测，也可以采用厂商的标称内阻；
S5、计算锂电池最大放电电流IMAX，锂电池在放电电压达到最小值时会出现最大放电电流，
Figure BDA0001205181150000071
Figure BDA0001205181150000072
其中：IMAX为电池最大放电电流；I1为电池当前电流；U1为电池当前电压；Umin为电池最小电压；
S6、计算锂电池负荷，锂电池出现最大放电电流时，产生最大输出功率；
Figure BDA0001205181150000073
Figure BDA0001205181150000074
本发明通过电流传感器、电压传感器、温度传感器、循环次数计数器检测锂电池的电流、电压、温度和已经使用过的循环次数，实现锂电池负荷在线检测；锂电池负荷计算方法简单易行、实施可靠，可以有效地减小锂电池系统中控制器的负担。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (8)

1.一种锂电池负荷检测装置，其特征在于：包括电流传感器、电压传感器、温度传感器、循环次数计数器、控制器、显示模块，所述电流传感器、电压传感器、温度传感器、循环次数计数器、显示模块为控制器的外围电路分别与控制器相连，所述电流传感器、电压传感器、温度传感器、循环次数计数器分别检测锂电池的电流、电压、温度和已经使用过的循环次数，并将检测信号送入控制器，控制器通过电流、电压、温度和循环次数计算出锂电池的当前负荷情况，
其中，所述控制器按照以下方式通过电流、电压、温度和循环次数计算出锂电池的当前负荷情况
计算电量补偿系数αSOC，
Figure FDA0002332400590000011
其中：SOC为当前电量，取值在0～100之间；SOC0为电量阀值；K1低电量加权系数；
计算电池循环容量补偿系数αH，
Figure FDA0002332400590000012
其中：j为电池当前循环次数；j0为循环次数阈值；K2为寿命加权系数；
计算电池温度补偿系数αW，
Figure FDA0002332400590000013
其中：T为电池当前温度；T0为温度阈值；K3为温度加权系数；
计算锂电池内阻R1；
R1＝R0×αSOC×αH×αW
其中：R0为初始电池内阻；
计算锂电池最大放电电流IMAX，
Figure FDA0002332400590000021
其中：IMAX为电池最大放电电流；I1为电池当前电流；U1为电池当前电压；Umin为电池最小电压；
计算锂电池负荷，锂电池出现最大放电电流时，产生最大输出功率；
Figure FDA0002332400590000022
2.按照权利要求1所述的一种锂电池负荷检测装置，其特征在于：所述控制器为单片机或ARM或DSP。
3.按照权利要求1所述的一种锂电池负荷检测装置，其特征在于：所述电流传感器为霍尔传感器。
4.按照权利要求1所述的一种锂电池负荷检测装置，其特征在于：所述电压传感器为A/D电压检测电路。
5.按照权利要求1所述的一种锂电池负荷检测装置，其特征在于：所述温度传感器为贴片式铂电阻。
6.按照权利要求1所述的一种锂电池负荷检测装置，其特征在于：所述显示模块为LCD模块。
7.按照权利要求1所述的一种锂电池负荷检测装置，其特征在于：所述循环次数计数器为计数电路。
8.一种锂电池负荷计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、计算电量补偿系数αSOC，
Figure FDA0002332400590000031
其中：SOC为当前电量，取值在0～100之间；SOC0为电量阀值；K1低电量加权系数；
S2、计算电池循环容量补偿系数αH，
Figure FDA0002332400590000032
其中：j为电池当前循环次数；j0为循环次数阈值；K2为寿命加权系数；
S3、计算电池温度补偿系数αW，
Figure FDA0002332400590000033
其中：T为电池当前温度；T0为温度阈值；K3为温度加权系数；
S4、计算锂电池内阻R1；
R1＝R0×αSOC×αH×αW
其中：R0为初始电池内阻；
S5、计算锂电池最大放电电流IMAX，
Figure FDA0002332400590000034
其中：IMAX为电池最大放电电流；I1为电池当前电流；U1为电池当前电压；Umin为电池最小电压；
S6、计算锂电池负荷，锂电池出现最大放电电流时，产生最大输出功率；
Figure FDA0002332400590000041
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