CN108535651A - 用于校准基于库仑计数的充电状态估计的方法和装置 - Google Patents

用于校准基于库仑计数的充电状态估计的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种校准方法，用于校准电池单元的基于库仑计数的充电状态估计。该校准方法包括：确定所述电池单元是否处于特定的电荷状态；若所述电池单元不处于所述特定的电荷状态，根据所述电池单元的基于开路电压的充电状态估计来校准用于在所述基于库仑计数的充电状态估计中使用的初始值；若所述电池单元处于所述特定的电荷状态，根据默认值校准所述初始值。相应地，本发明还提供了一种校准装置，用于校准电池单元的基于库仑计数的充电状态估计。采用本发明，可以提高电池单元的充电状态估计的准确度。

Description

用于校准基于库仑计数的充电状态估计的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种电池的充电状态(state-of-charge，SOC)估计，以及更特别地，涉及一种用于校准基于库仑计数(coulomb counting)的充电状态(SOC)估计的方法和装置。
背景技术
电池被应用在许多应用中，如便携式装置、智能手机、笔记本电脑、平板电脑等。对用户来说，当电池需要充电时知道电池中剩余的可用能量是重要的，以避免电池耗尽电力。
电池中剩余的电荷量(amount of charges)通常用充电状态(SOC)表示，充电状态(SOC)是最大电池容量(maximum battery capacity)的百分比形式。通常，100％充电状态(SOC)意味着电池单元充满电，而0％充电状态(SOC)意味着电池单元完全放电。
有几种方法来估计电池单元的充电状态(SOC)。其中一种方法是基于开路电压(open circuit voltage，OCV)的充电状态(SOC)估计，其主要基于电池单元的开路电压(OCV)。该方法测量电池单元的两端之间的电位差，以获得开路电压(OCV)，并根据已知的OCV-SOC曲线将测量得到的开路电压(OCV)转换为充电状态(SOC)，其中，OCV-SOC曲线定义了OCV值和SOC值之间的关系。然而，由于电池单元的内部阻抗(internal impedance)，难以精确地测量OCV(特别是当流经电池单元的电流较大时)。另一种方法是像库仑计数一样，对流入电池单元或从电池单元流出的电流进行积分，以计算流经电池单元的总电荷量，从而估计在给定时间段内的相对SOC变化(relative SOC change)。然而，由于库仑计数仅估计相对SOC变化，因此有必要估计初始值，即电流开始被积分时的SOC值。因此，通过将相对SOC变化应用于该初始值，可以确定出实际的SOC。
尽管上述基于库仑计数的SOC估计相对要准确一些，但是，在基于库仑计数的SOC估计中仍然存在误差。这是因为电池单元的SOC取决于其固有的化学特性和从电池单元汲取功率的电气系统的特性。诸如电池老化(battery aging)或电池温度等许多原因均可能导致初始值的估计不准确。此外，由于电池单元上的负载变化影响最大电池容量，因此，电池单元上的负载变化也会导致相对SOC变化的估计存在误差，且还会影响相对SOC变化的计算。有鉴于此，需要定期校准基于库仑计数的SOC估计，以保证准确的SOC估计。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种校准方法及装置，用于校准电池单元的基于库仑计数的充电状态估计，以解决上述问题。
第一方面，本发明提供一种校准方法，用于校准电池单元的基于库仑计数的充电状态估计。该方法包括以下步骤：确定电池单元是否处于特定的电荷状态；若电池单元不处于特定的电荷状态，根据电池单元的基于开路电压的充电状态估计来校准用于在所述基于库仑计数的充电状态估计中使用的初始值；若电池单元处于特定的电荷状态，根据默认值校准该初始值。
第二方面，本发明提供一种校准装置，用于校准电池单元的基于库仑计数的充电状态估计。该校准装置包括：电池状态确定电路、基于开路电压的校准电路和基于默认值的校准电路。电池状态确定电路用于确定电池单元是否处于特定的电荷状态。基于开路电压的校准电路耦接于电池状态确定电路，以及，若电池状态确定电路确定出电池单元不处于特定的电荷状态，基于开路电压的校准电路用于根据电池单元的基于开路电压的充电状态估计来校准用于在所述基于库仑计数的充电状态估计中使用的初始值。基于默认值的校准电路耦接于电池状态确定电路，以及，若电池状态确定电路确定出电池单元处于特定的电荷状态，基于默认值的校准电路用于根据默认值校准该初始值。
第三方面，本发明提供一种校准方法，用于校准电池单元的基于库仑计数的充电状态估计。该方法包括以下步骤：计算电池单元的平均放电电流；根据平均放电电流确定电池单元的瞬时可用的最大电池容量；以及，根据瞬时可用的最大电池容量校准用于在所述基于库仑计数的充电状态估计中使用的相对充电状态变化。
第四方面，本发明提供一种校准装置，用于校准电池单元的基于库仑计数的充电状态估计。该校准装置包括：平均放电电流计算电路、电池容量确定电路和校准电路。平均放电电流计算电路耦接于电池单元，且用于计算电池单元的平均放电电流。电池容量确定电路耦接于平均放电电流计算电路，用于根据平均放电电流确定电池单元的瞬时可用的最大电池容量。校准电路耦接于电池容量确定电路，且用于根据瞬时可用的最大电池容量校准用于在所述基于库仑计数的充电状态估计中使用的相对充电状态变化。
在上述技术方案中，通过校准基于库仑计数的充电状态估计中使用的初始值或者相对充电状态变化来校准基于库仑计数的充电状态估计，从而提高电池单元的充电状态估计的准确度。
本领域技术人员在阅读附图所示优选实施例的下述详细描述之后，可以毫无疑义地理解本发明的这些目的及其它目的。详细的描述将参考附图在下面的实施例中给出。
附图说明
通过阅读后续的详细描述以及参考附图所给的示例，可以更全面地理解本发明，其中：
图1根据本发明一实施例示出了一种SOC估计校准系统；
图2根据本发明一实施例示出了图1的SOC估计校准系统的处理流程；
图3根据本发明另一实施例示出了SOC估计校准系统；
图4根据本发明另一实施例示出了图3的SOC估计校准系统的处理流程；
图5根据本发明一实施例示出了如何确定瞬时可用的最大电容容量。
在下面的详细描述中，为了说明的目的，阐述了许多具体细节，以便本领域技术人员能够更透彻地理解本发明实施例。然而，显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实施一个或多个实施例，不同的实施例可根据需求相结合，而并不应当仅限于附图所列举的实施例。
具体实施方式
以下描述为本发明实施的较佳实施例，其仅用来例举阐释本发明的技术特征，而并非用来限制本发明的范畴。在通篇说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的元件，所属领域技术人员应当理解，制造商可能会使用不同的名称来称呼同样的元件。因此，本说明书及权利要求书并不以名称的差异作为区别元件的方式，而是以元件在功能上的差异作为区别的基准。本发明中使用的术语“元件”、“系统”和“装置”可以是与计算机相关的实体，其中，该计算机可以是硬件、软件、或硬件和软件的结合。在以下描述和权利要求书当中所提及的术语“包含”和“包括”为开放式用语，故应解释成“包含，但不限定于…”的意思。此外，术语“耦接”意指间接或直接的电气连接。因此，若文中描述一个装置耦接于另一装置，则代表该装置可直接电气连接于该另一装置，或者透过其它装置或连接手段间接地电气连接至该另一装置。
文中所用术语“基本”或“大致”是指在可接受的范围内，本领域技术人员能够解决所要解决的技术问题，基本达到所要达到的技术效果。举例而言，“大致等于”是指在不影响结果正确性时，技术人员能够接受的与“完全等于”有一定误差的方式。
通篇说明书对“一实施例”，“实施例”，“一示例”或“示例”的参考意味着结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性，其包括在本发明的至少一个实施例中。因此，通篇说明书中各地方的术语“在一实施例中”，“在实施例中”，“在一示例中”或“在示例中”的出现不一定都指代相同的实施例或示例。此外，该特定特征、结构或特征可以在一个或多个实施例(或示例)中以任何适当的组合和/或子组合的形式组合。
本发明实施例可以被实现为装置、方法或计算机程序产品。因此，这些实施例可以用整个硬件组合、整个软件组合，以及，硬件和软件组合的混合来实现，诸如软件、固件、指令、微代码等。在下文中，所有可能的组合被称为“模块”、“功能模块”或“系统”。
附图中的流程图根据本发明的各种实施例示出了系统、方法和计算机程序产品的可能实现的架构、功能和操作。流程图中的每个块可以表示模块、段或代码的一部分，该代码包括用于实现特定逻辑功能的一个或多个可执行指令。还应当注意到，流程图描述中的每个块可以由执行指定功能或动作的基于专用/通用硬件的系统来实现，或者由专用硬件和计算机指令的组合来实现。这些可执行指令可以存储在计算机可读介质中，这些指令可以使计算机或其它可编程数据处理装置以特定方式工作。
本发明提供了一种用于校准充电状态(SOC)估计的方法，电池的充电状态(SOC)被用来反映电池的剩余电量状况，其被定义为电池剩余电量与电池容量的比值，亦可称作电池剩余电量百分比。在本发明的一个方面中，该方法可以通过校正(correct)初始值来校准基于库仑计数的充电状态估计，其具有不同的方式来校正初始值，具体取决于电池单元的一个或者多个状态。在本发明的另一个方面中，该方法可以通过校正标称的(nominal)最大电池容量和可用的(available)最大电池容量之间的误差来校准相对SOC变化的估计。在本发明实施例中，标称的最大电池容量(或最大电池容量的标称值)亦可称作零电流最大电池容量，其中，零电流最大电池容量为电池单元被充满电而未放电时，电池单元的可用的最大电池容量(如图5所示横轴的100％处所对应的电池容量)。
请参考图1，图1根据本发明一实施例示出了一种SOC估计校准系统100。SOC估计校准系统100可以包括电池状态确定模块110、基于开路电压的校准模块130和基于默认值的校准模块120，其中，基于开路电压的校准模块130耦接于电池状态确定模块110，基于默认值的校准模块120耦接于电池状态确定模块110。此外，SOC估计校准系统100还可以包括基于库仑计数的SOC计算模块300，但本发明并不限于此。SOC估计校准系统100用于校准初始值，该初始值用于在基于库仑计数的SOC计算模块300(也可称为基于库仑计数的SOC计算电路)中使用，其中，基于库仑计数的SOC计算模块300用于基于初始值和相对SOC变化来估计电池单元200的充电状态(SOC)。基于库仑计数的SOC计算模块300通过对流入电池单元200和/或从电池单元200流出的电流进行积分来估计该相对SOC变化。从而，基于库仑计数的SOC计算模块300将该相对SOC变化应用于已被确定的初始值，可以获得用于电池单元200的充电状态(SOC)的估计值。
通常，SOC估计中存在误差，SOC估计校准系统100需要尽可能地补偿这些误差。本发明提供的SOC估计校准系统100能够以四种不同的方式来校准以上所描述的初始值。校准方法的选择取决于电池单元200的一个或多个状态。为便于更好地理解本发明，请结合图2所示的SOC估计校准系统100的处理流程来参考图1。
在步骤201中，SOC估计校准系统100的电池状态确定电路110确定电池单元200是否处于特定的电荷状态(specific charge state)。该特定的电荷状态是指电池单元200的空闲状态(empty state)和/或完全状态(full state)。处于空闲状态意味着电池单元200被完全放电且达到其截止电压(cut-off voltage)，空闲状态可以通过电子系统400发送的一用于指示空闲状态的通知(notification)来检测到，其中，电子系统400由电池单元200供电(步骤211)。通常，当电池单元200达到其截止电压时，由于电池单元200的低电压电平会不足以能够驱动这些硬件元件，或者，甚至可能给电池单元200或硬件元件造成损坏，因此，电子系统400中的硬件元件(未示出)将触发电子系统400发送此类通知。当电池状态确定电路110接收到用于指示空闲状态的通知时，流程可进入步骤213，以校准初始值，或者进入可选步骤212，以根据电池单元200上的电流和电压测量来核实(double-checking)该空闲状态。若根据用于指示空闲状态的通知和/或电流和电压测量确定出电池单元200的空闲状态，则流程进入步骤213，否则流程结束。在步骤213中，基于默认值(default value)的校准模块120(也可称为基于默认值的校准电路)校准初始值。具体地，基于默认值的校准模块120将基于库仑计数的SOC计算模块300当前使用的初始值设置为电池单元200的充电状态(SOC)的下限值(lower bound)，其中，该下限值可以为0％或接近于0％的其它百分值。因此，基于默认值的校准模块120控制基于库仑计数的SOC计算模块300来重置累计积分数据(accumulated integration data)以及重新开始新的积分，以根据SOC的新初始值获得相对SOC变化。
处于完全状态意味着电池单元200被完全充电并达到其标称的最大电压，其可以通过充电装置250发送的通知来检测到，充电装置250用于给电池单元200充电(步骤221)。通常，充电装置250能够获知电池单元200被完全充电，从而发送用于指示完全状态的通知。当电池状态确定电路110接收到用于指示完全状态的通知时，流程可进入步骤223，以校准初始值，或者进入可选步骤222，以根据电池单元200上的电流和电压测量来核实完全状态。若通过用于指示完全状态的通知和/或电流和电压测量已确定出电池单元200的完全状态，则流程进入步骤223，否则流程结束。在步骤223中，基于默认值的校准模块120校准初始值。具体地，基于默认值的校准模块120将基于库仑计数的SOC计算模块300当前使用的初始值设置为电池单元200的充电状态(SOC)的上限值，该上限值可以为100％或接近于100％的其它百分值。从而，基于默认值的校准模块120控制基于库仑计数的SOC计算模块300来重置累计积分数据，以及，从100％充电状态(SOC)重新开始新的积分。
此外，若电池状态确定模块110确定出电池单元200既不处于完全状态也不处于空闲状态，则基于开路电压(OCV)的校准模块130(也称为基于开路电压的校准电路)将用来校准初始值。在基于开路电压(OCV)的校准模块130用来校准初始值之前，电池状态确定模块110还用于检查电池单元200是否处于稳定状态(steady state)(步骤231)。这是因为基于开路电压(OCV)的校准模块130基于电池单元200的开路电压(OCV)来校准初始值，而开路电压(OCV)的估计受电池单元200的稳定性的影响，因此，基于开路电压(OCV)的校准模块130需要更保守地校准。
若电池单元200不处于稳定状态，则基于开路电压(OCV)的校准模块130的校准结果将不是很准确。因此，在步骤231中，电池状态确定模块110确定电池单元200是否处于稳定状态。具体而言，根据电子系统400在给定时间段内(如30秒)是否处于睡眠状态，以及，电池单元200在该给定时间段内的电荷量变化是否低于电荷量阈值，来确定电池单元200是否处于稳定状态。例如，若电子系统400在该给定时间段内处于睡眠状态且电荷量变化低于该电荷量阈值，则确定电池单元200处于稳定状态；若电子系统400在该给定时间段内未持续处于睡眠状态或者电荷量变化不低于该电荷量阈值，则确定电池单元200不处于稳定状态。电池单元200中的电荷量变化可以通过对给定时间段内的流经电池单元200的平均电流进行积分来获得(例如，基于库仑计数的SOC计算模块300产生的累计积分数据)。一旦两个条件均满足，则电池单元200被确定为处于稳定状态，以及，流程进入步骤233。在步骤233中，由于电池单元200处于稳定状态，因此，基于开路电压(OCV)的校准模块130从OCV测量电路或通过自身测量OCV来获得电池单元200的瞬时(instant)开路电压(OCV)。从而，基于开路电压(OCV)的校准模块130可根据查找表(look-up table，LUT)确定基于开路电压(OCV)的SOC，其中，查找表位于基于开路电压(OCV)的校准模块130的内部或外部，用于存储与SOC值相关联的OCV值，即查找表存储有OCV和SOC的多组预设值。因此，一旦找到与瞬时(instantly)测量到的开路电压(OCV)相关联的SOC值，则基于开路电压(OCV)的校准模块130将基于库仑计数的SOC计算模块300当前使用的初始值设置为该瞬时开路电压(OCV)相关联的SOC值，并且控制基于库仑计数的SOC计算模块300来重置累计积分数据以及从校准后的初始值重新开始新的积分。
然而，若在步骤231中确定出电池单元不处于稳定状态，则基于开路电压(OCV)的校准模块130仅在基于开路电压(OCV)的SOC和估计得到的SOC值之间存在显著差异时才校准初始值。当确定出电池单元200不处于稳定状态时，基于开路电压(OCV)的校准模块130通过外部OCV测量电路或自身测量而周期性(periodically)获得电池单元200的OCV。根据周期性获得的开路电压(OCV)，基于开路电压(OCV)的校准模块130将周期性获得的开路电压(OCV)转换为基于开路电压(OCV)的SOC，并将基于开路电压(OCV)的SOC值与基于库仑计数的SOC计算模块300周期性获得的SOC的估计值进行比较。只有当基于开路电压(OCV)的SOC和SOC的估计值之间的差异高于阈值时，基于开路电压(OCV)的校准模块130才校准初始值。在步骤234中，一旦发现该差异足够大，则基于开路电压(OCV)的校准模块130将基于库仑计数的SOC计算模块300当前使用的初始值设置为基于开路电压(OCV)的SOC，并且控制基于库仑计数的SOC计算模块300来重置累计积分数据并从校准后的初始值重新开始新的积分。
通常，造成SOC的估计不准确的其它因素还包括电池单元上的负载和电池单元的老化。以下描述将解释如何校准电池单元上的负载和电池单元的老化造成的误差。应当说明的是，本发明实施例可以分别单独考虑负载或电池单元的老化对SOC的校准，其实现的具体细节可参考以下实施例的描述。
由于电池单元的内部电阻，当流经电池单元200的电流较大时，SOC估计将受到很大影响。如上所述，基于库仑计数的SOC估计依赖于相对SOC变化。通常，相对SOC变化可被确定为(QINT/QMAX)的比率，其中，QINT是电池单元200流出的总电荷量，总电荷量可通过对从电池单元200流出的电流进行积分获得(故亦可将总电荷量称作积分电荷量)，而QMAX是电池单元200的最大电池容量，在计算相对SOC变化时，QMAX通常被施加为最大电池容量的标称值。然而，相对SOC变化实际上会随电池单元200的“实际的”/“可用的”(“actual”/”available”)最大电池容量变化，以及，“实际的”/“可用的”最大电池容量会随负载(如，放电电流)和电池老化而变化。在估计相对SOC变化中使用标称值作为分母将带来误差。尤其在重负载条件下，若仍然使用标称值来计算(QINT/QMAX)的比率，则相对SOC变化的估计将变得非常不准确。
鉴于此，SOC估计校准系统500通过将调整因子应用于最大电池容量QMAX的标称值来调整最大电池容量QMAX，以反映电池单元200上的负载和电池老化的影响。换句话说，(QINT/QMAX)的分母将被校正为关于电池单元200的瞬时负载和电池老化状态的“可用的”最大电池容量。校准后的相对SOC变化可以表示为：QINT/(QMAX*F1*F2)，其中，F1是反映电池单元200的瞬时负载的调整因子，F2是反映电池老化状态的调整因子。此外，调整因子F1和F2的乘积可以是：QMAX_INST/QMAX，其中，QMAX_INST是在电池单元200的瞬时负载和瞬时电池老化状态下可用的最大电池容量。此外，为了考虑电池单元200的温度所造成的影响，还可以根据温度和最大电池容量QMAX之间的已知关系来校正最大电池容量QMAX。
根据本发明的各种实施例，可以通过两种可行的方式来确定瞬时负载下可用的最大电池容量QMAX_INST。在第一种方式中，首先确定电池单元200的平均放电电流IAVG，其中，平均放电电流IAVG反映电池单元200的负载。因此，根据电池单元200的放电电流与可用的最大电池容量之间的已知的预设关系确定出关于平均放电电流IAVG的瞬时负载的可用的最大电池容量。在一示例中，该预设关系可以是预先获得的关于电池单元200的放电电流与可用的最大电池容量的多组预设值所体现出来的关系。例如，可以通过查找表形式存储放电电流与可用的最大电池容量的多组预设值来获得该预设关系，总之，通过预设数据可以获得该预设关系，具体地，本发明实施例不做限制。在第二种方式中，首先也是确定电池单元200的平均放电电流IAVG，其中，平均放电电流IAVG反映电池单元200的负载。然后，根据电池单元200的截止电压和该平均放电电流IAVG获得电池单元200的瞬时开路电压。即，电池单元200的平均放电电流IAVG被用来获得关于IAVG的瞬时负载的瞬时开路电压。从而，可以根据电池单元200的开路电压(OCV)与电池单元200的可用的最大电池容量之间的已知的预设关系找到关于IAVG的瞬时负载的可用的最大电池容量。在一示例中，该已知的预设关系可以是预先获得的关于电池单元200的开路电压(OCV)与可用的最大电池容量的多组预设值所体现出来的关系。总之，可以预先获得该预设关系，具体地，本发明实施例不做限制。
请参考图3，图3示出了SOC估计校准系统500，其用于校准由电池单元200上的负载引起的误差，为便于理解，还请一并参考图4。基于库仑计数的SOC估计校准系统500包括平均放电电流计算模块(average discharge current calculation block)510(也可称为平均放电电流计算电路)、电池参数存储模块(battery parameter storage block)530、电池容量确定模块(battery capacity determination block)540(也可称为电池容量确定电路)和校准模块(calibration block)580(也可称为校准电路)，其中，平均放电电流计算模块520耦接于电池单元200，且用于计算电池单元200的平均放电电流；电池容量确定模块540耦接于平均放电电流计算模块520，且用于根据平均放电电流确定电池单元200的瞬时可用的最大电池容量；校准模块580耦接于电池容量确定模块540，用于根据瞬时可用的最大电池容量校准用于在所述基于库仑计数的充电状态估计中使用的相对充电状态变化。此外，SOC估计校准系统500还可以包括调整因子确定模块(adjusting factordetermination block)560(也可称为调整因子确定电路)，调整因子确定模块560耦接于电池容量确定模块540，且用于根据瞬时可用的最大电池容量确定调整因子，校准模块580用于根据调整因子校准用于在所述基于库仑计数的充电状态估计中使用的相对充电状态变化。在步骤601中，平均放电电流计算模块520用于计算电池单元200在给定时间段内的平均放电电流IAVG，其中，平均放电电流IAVG反映电池单元200上的瞬时负载。平均放电电流计算模块520可以具有电流检测模块，用于以一定的采样率对电池单元200的放电电流进行采样和检测，并且在达到一定时间的采样之后，平均放电电流计算模块520根据所有采样得到的放电电流计算平均放电电流IAVG。
电池参数存储模块530可以存储与可用的最大电池容量的已知值相关联的放大电流的多组已知值。例如，第一电流I1、关于I1的负载的第一可用最大电池容量QMAX_I1、第二电流I2，以及关于I2的负载的第二可用最大电池容量QMAX_I2。第一可用最大电池容量QMAX_I1为电池单元200以第一电流I1放电时，预先获得的关于电池单元200的可用的最大电池容量；第二电流可用最大电池容量QMAX_I2为电池单元200以不同于第一电流I1的第二电流I2放电时，预先获得的关于电池单元200的可用的最大电池容量。在步骤602中，电池容量确定模块540根据平均放电电流IAVG确定瞬时可用的最大电池容量QMAX_INST，换言之，确定在IAVG的负载下瞬时可用的最大电池容量QMAX_INST。具体而言，电池容量确定模块540根据第一电流I1、第二电流I2、关于I1的负载的第一可用最大电池容量QMAX_I1，以及关于I2的负载的第二可用最大电池容量QMAX_I2进行插值计算(interpolation computation)，例如，线性拟合/函数拟合，以获得在IAVG的负载下瞬时可用的最大电池容量QMAX_INST，其中，IAVG介于I1和I2之间。
在另一实施例中，首先根据平均放电电流确定电池单元200关于瞬时负载的瞬时开路电压，然后利用开路电压(OCV)和可用的最大电池容量之间已知的预设关系，根据该瞬时开路电压来确定电池单元200关于瞬时负载的瞬时可用的最大电池容量。具体地，平均放电电流计算模块520计算电池单元200的平均放电电流IAVG，IAVG用于反映电池单元200上的瞬时负载。为便于更好地理解，请参考图5。根据平均放电电流计算IAVG，电池容量确定模块540确定关于IAVG的瞬时负载的瞬时开路电压VC_LOAD。由于电池单元200具有内部电阻R_INST，因此，可以通过(VC+IAVG*R_INST)来计算关于IAVG的负载的瞬时开路电压VC_LOAD，其中，VC是电池单元200截止电压，以及，通过检查电池参数存储块530可以获知此时的内部电阻R_INST。在一示例中，电池参数存储模块530可以存储电池容量与内部电阻之间的预设关系(如多组已知值)，从而，根据当前的电池容量可以获得瞬时内部电阻。
此外，电池参数存储模块530可以存储开路电压(OCV)与可用的最大电池容量之间已知的预设关系(例如，可以是以如图5所示的放电深度(depth of discharge，DOD)的形式)，例如，以查找表(lookup table，LUT)的形式，其中，DOD表示电池放电量与额定的最大电池容量的百分比。从而，电池容量确定模块540可确定关于瞬时开路电压VC_LOAD(即，关于IAVG的负载)的瞬时可用的最大电池容量QMAX_INST。调整因子确定模块560可以基于瞬时可用的最大电池容量QMAX_INST和最大电池容量QMAX(即零电流最大电池容量)来确定调整因子F1。将校准前获得的相对充电状态变化除以调整因子F1获得校准后的相对充电状态。
此外，为了确定调整因子F2，电池容量确定模块540可以估计在一定的持续时间内流入或从电池单元200流出的总电荷量。例如，当充电状态(SOC)从100％变为0，从70％变化到0或者从30％变化到100％时，电池容量确定模块540可以估计流入或从电池单元200流出的总电荷量。一旦估计得到关于上述一定的持续时间内的总电荷量，则根据电荷量和可用的最大电池容量之间已知的预设关系，电池容量确定模块540可以估计出瞬时可用的最大电池容量QMAX_INST'。因此，调整因子确定模块560可以基于瞬时可用的最大电池容量QMAX_INST'和最大电池容量QMAX来确定调整因子F2。
在瞬时可用的最大电池容量QMAX_INST和QMAX_INST'被确定出来后，调整因子确定电路560通过计算(QMAX_INST/QMAX)和(QMAX_INST'/QMAX)的比率来确定调整因子F1和F2(例如，可参考步骤603，在步骤603中，根据瞬时可用的最大电池容量QMAX_INST确定调整因子F1。因此，在步骤604中(根据调整因子F1校准相对充电状态变化)，在一示例中，校准电路580通过将调整因子F1和F2应用到基于库仑计数的SOC估计模块300中，来校准由基于库仑计数的SOC估计模块300所确定的相对SOC变化(QINT/QMAX)。结果是，校准后的相对SOC变化将是QINT/(QMAX*F1*F2)＝QINT/(QMAX*(QMAX_INST/QMAX)*(QMAX_INST'/QMAX))，其如实地反映了电池单元200上的负载变化和电池单元200的老化的影响。在另一示例中，校准电路580可以将调整因子F1应用到基于库仑计数的SOC估计模块300中，以校准由基于库仑计数的SOC估计模块300所确定的相对SOC变化(QINT/QMAX)。结果是，校准后的相对SOC变化将是QINT/(QMAX*F1)＝QINT/(QMAX*(QMAX_INST/QMAX))，其如实地反映了电池单元200上的负载变化的影响。在又一示例中，在获得瞬时可用的最大电池容量QMAX_INST之后，进而可以直接获得校准后的相对SOC变化为QINT/QMAX_INST，其如实地反映了电池单元200上的负载变化的影响。
综上所述，本发明提供的方法和系统可以有效地校准基于库仑计数的SOC估计中的误差。
虽然本发明已经通过示例的方式以及依据优选实施例进行了描述，但是，应当理解的是，本发明并不限于公开的实施例。相反，它旨在覆盖各种变型和类似的结构(如对于本领域技术人员将是显而易见的)。因此，所附权利要求的范围应被赋予最宽的解释，以涵盖所有的这些变型和类似的结构。

Claims (28)

1.一种校准方法，用于校准电池单元的基于库仑计数的充电状态估计，其特征在于，所述校准方法包括：
确定所述电池单元是否处于特定的电荷状态；
若所述电池单元不处于所述特定的电荷状态，根据所述电池单元的基于开路电压的充电状态估计来校准用于在所述基于库仑计数的充电状态估计中使用的初始值；
若所述电池单元处于所述特定的电荷状态，根据默认值校准所述初始值。
2.根据权利要求1所述的校准方法，其特征在于，所述校准方法还包括：
将校准后的初始值应用于所述基于库仑计数的充电状态估计，并基于所述校准后的初始值重新开始所述基于库仑计数的充电状态估计的积分。
3.根据权利要求1或2所述的校准方法，其特征在于，确定所述电池单元是否处于所述特定的电荷状态的步骤包括：
根据充电装置发送的第一通知来确定所述电池单元是否处于完全状态，其中，所述第一通知用于指示所述完全状态；以及
根据由所述电池单元供电的电子系统发送的第二通知来确定所述电池单元是否处于空闲状态，其中，所述第二通知用于指示所述空闲状态。
4.根据权利要求3所述的校准方法，其特征在于，若所述电池单元处于所述特定的电荷状态，根据所述默认值校准所述初始值的步骤包括：
若所述电池单元被确定出处于所述完全状态，将所述初始值设置为所述电池单元的充电状态的上限值。
5.根据权利要求3所述的校准方法，其特征在于，若所述电池单元处于所述特定的电荷状态，根据所述默认值校准所述初始值的步骤包括：
若所述电池单元被确定出处于所述空闲状态，将所述初始值设置为所述电池单元的充电状态的下限值。
6.根据权利要求1所述的校准方法，其特征在于，根据所述电池单元的所述基于开路电压的充电状态估计来校准所述初始值的步骤包括：
确定所述电池单元是否处于稳定状态；
若所述电池单元不处于所述稳定状态，根据周期性测量所述电池单元获得的开路电压来确定基于开路电压的充电状态；
确定所述基于开路电压的充电状态和由所述基于库仑计数的充电状态估计所确定的充电状态估计值之间的差异是否高于阈值；以及
若所述差异高于所述阈值，将所述初始值设置为所述基于开路电压的充电状态。
7.根据权利要求1所述的校准方法，其特征在于，根据所述电池单元的所述基于开路电压的充电状态估计来校准所述初始值的步骤包括：
确定所述电池单元是否处于稳定状态；
若所述电池单元处于所述稳定状态，根据瞬时测量所述电池单元获得的所述电池单元的开路电压确定基于开路电压的充电状态；以及
将所述初始值设置为所述基于开路电压的充电状态。
8.根据权利要求6或7所述的校准方法，其特征在于，确定所述电池单元是否处于所述稳定状态的步骤包括：
确定由所述电池单元供电的电子系统是否在给定时间段内处于睡眠状态；
确定所述电池单元在所述给定时间段内的电荷量变化是否低于阈值；以及
若所述电子系统在所述给定时间段内处于所述睡眠状态且所述电荷量变化低于所述阈值，确定所述电池单元处于所述稳定状态；
若所述电子系统在所述给定时间段内未持续处于所述睡眠状态或者所述电荷量变化不低于所述阈值，确定所述电池单元不处于所述稳定状态。
9.一种校准装置，用于校准电池单元的基于库仑计数的充电状态估计，其特征在于，所述校准装置包括：
电池状态确定电路，用于确定所述电池单元是否处于特定的电荷状态；
基于开路电压的校准电路，耦接于所述电池状态确定电路，以及，若所述电池状态确定电路确定出所述电池单元不处于所述特定的电荷状态，所述基于开路电压的校准电路用于根据所述电池单元的基于开路电压的充电状态估计来校准用于在所述基于库仑计数的充电状态估计中使用的初始值；以及
基于默认值的校准电路，耦接于所述电池状态确定电路，以及，若所述电池状态确定电路确定出所述电池单元处于所述特定的电荷状态，所述基于默认值的校准电路用于根据默认值校准所述初始值。
10.根据权利要求9所述的校准装置，其特征在于，所述校准装置还包括：
基于库仑计数的充电状态计算模块，耦接于所述基于开路电压的校准电路和所述基于默认值的校准电路，用于将校准后的初始值应用于所述基于库仑计数的充电状态估计，并基于所述校准后的初始值重新开始所述基于库仑计数的充电状态估计的积分。
11.根据权利要求9或10所述的校准装置，其特征在于，所述电池状态确定电路具体用于：
根据充电装置发送的第一通知来确定所述电池单元是否处于完全状态，其中，所述第一通知用于指示所述完全状态；以及
根据由所述电池单元供电的电子系统发送的第二通知来确定所述电池单元是否处于空闲状态，其中，所述第二通知用于指示所述空闲状态。
12.根据权利要求11所述的校准装置，其特征在于，若所述电池状态确定电路确定出所述电池单元处于所述完全状态，则所述基于默认值的校准电路将所述初始值设置为所述电池单元的充电状态的上限值。
13.根据权利要求11所述的校准装置，其特征在于，若所述电池状态确定电路确定出所述电池单元处与于所述空闲状态，则所述基于默认值的校准电路将所述初始值设置为所述电池单元的充电状态的下限值。
14.根据权利要求9所述的校准装置，其特征在于，所述电池状态确定电路还用于确定所述电池单元是否处于稳定状态；
若所述电池状态确定电路确定出所述电池单元不处于所述稳定状态，则所述基于开路电压的校准电路根据周期性测量所述电池单元获得的开路电压来确定基于开路电压的充电状态；确定所述基于开路电压的充电状态和由所述基于库仑计数的充电状态计算模块所确定的充电状态估计值之间的差异是否高于阈值；若所述差异高于所述阈值，将所述初始值设置为所述基于开路电压的充电状态。
15.根据权利要求9所述的校准装置，其特征在于，所述电池状态确定电路还用于确定所述电池单元是否处于稳定状态；
若所述电池状态确定电路确定出所述电池单元处于所述稳定状态，则所述基于开路电压的校准电路根据瞬时测量所述电池单元获得的所述电池单元的开路电压确定基于开路电压的充电状态；以及，将所述初始值设置为所述基于开路电压的充电状态。
16.根据权利要求14或15所述的校准装置，其特征在于，所述电池状态确定电路具体用于：
确定由所述电池单元供电的电子系统是否在给定时间段内处于睡眠状态；
确定所述电池单元在所述给定时间段内的电荷量变化是否低于阈值；以及
若所述电子系统在所述给定时间段内处于所述睡眠状态且所述电荷量变化低于所述阈值，确定所述电池单元处于所述稳定状态；
若所述电子系统在所述给定时间段内未持续处于所述睡眠状态或者所述电荷量变化不低于所述阈值，确定所述电池单元不处于所述稳定状态。
17.一种校准方法，用于校准电池单元的基于库仑计数的充电状态估计，其特征在于，所述校准方法包括：
计算所述电池单元的平均放电电流；
根据所述平均放电电流确定所述电池单元的瞬时可用的最大电池容量；以及
根据所述瞬时可用的最大电池容量校准用于在所述基于库仑计数的充电状态估计中使用的相对充电状态变化。
18.根据权利要求17所述的校准方法，其特征在于，根据所述瞬时可用的最大电池容量校准用于在所述基于库仑计数的充电状态估计中使用的相对充电状态变化的步骤包括：
根据所述瞬时可用的最大电池容量确定调整因子；以及，
根据所述调整因子校准用于在所述基于库仑计数的充电状态估计中使用的相对充电状态变化。
19.根据权利要求17或18所述的校准方法，其特征在于，根据所述平均放电电流确定所述瞬时可用的最大电池容量的步骤包括：
根据第一电流、第二电流、所述平均放电电流、第一可用最大电池容量和第二可用最大电池容量，通过插值计算来确定所述瞬时可用的最大电池容量；
其中，所述平均放电电流的取值介于所述第一电流和所述第二电流之间；所述第一可用最大电池容量为所述电池单元以所述第一电流放电时，所述电池单元的可用的最大电池容量；以及，所述第二可用最大电池容量为所述电池单元以不同于所述第一电流的第二电流放电时，所述电池单元的可用的最大电池容量。
20.根据权利要求17或18所述的校准方法，其特征在于，根据所述平均放电电流确定所述瞬时可用的最大电池容量的步骤包括：
确定所述电池单元的截止电压；
确定所述电池单元的瞬时内部电阻；
根据所述平均放电电流、所述截止电压和所述瞬时内部电阻确定关于所述平均放电电流的瞬时开路电压；以及
根据开路电压和可用的最大电池容量之间的预设关系确定所述瞬时开路电压对应的所述瞬时可用的最大电池容量。
21.根据权利要求18所述的校准方法，其特征在于，根据所述瞬时可用的最大电池容量确定所述调整因子的步骤包括：
将所述瞬时可用的最大电池容量除以零电流最大电池容量，以确定所述调整因子，其中，所述零电流最大电池容量为所述电池单元被充满电而未放电时所述电池单元的可用的最大电池容量。
22.根据权利要求21所述的校准方法，其特征在于，所述相对充电状态变化是通过流经所述电池单元的积分电荷量与所述零电流最大电池容量的比率确定的，以及，根据所述调整因子调整所述相对充电状态变化的步骤包括：
将所述相对充电状态变化除以所述调整因子。
23.一种校准装置，用于校准电池单元的基于库仑计数的充电状态估计，其特征在于，所述校准装置包括：
平均放电电流计算电路，耦接于所述电池单元，且用于计算所述电池单元的平均放电电流；
电池容量确定电路，耦接于所述平均放电电流计算电路，用于根据所述平均放电电流确定所述电池单元的瞬时可用的最大电池容量；以及，
校准电路，耦接于所述电池容量确定电路，且用于根据所述瞬时可用的最大电池容量校准用于在所述基于库仑计数的充电状态估计中使用的相对充电状态变化。
24.根据权利要求23所述的校准装置，其特征在于，所述校准装置还包括：
调整因子计算电路，耦接于所述电池容量确定电路，且用于根据所述瞬时可用的最大电池容量确定调整因子；
其中，所述校准电路耦接于所述调整因子计算电路，用于根据所述调整因子校准用于在所述基于库仑计数的充电状态估计中使用的相对充电状态变化。
25.根据权利要求23或24所述的校准装置，其特征在于，所述电池容量确定电路具体用于：
根据第一电流、第二电流、所述平均放电电流、第一可用最大电池容量和第二可用最大电池容量，通过插值计算来确定所述瞬时可用的最大电池容量；
其中，所述平均放电电流的取值介于所述第一电流和所述第二电流之间；所述第一可用最大电池容量为所述电池单元以所述第一电流放电时，所述电池单元的可用的最大电池容量；以及，所述第二可用最大电池容量为所述电池单元以不同于所述第一电流的第二电流放电时，所述电池单元的可用的最大电池容量。
26.根据权利要求23或24所述的校准装置，其特征在于，所述电池容量确定电路根据电池单元的截止电压、电池单元的瞬时内部电阻和所述平均放电电流确定关于所述平均放电电流的瞬时开路电压；以及，根据关于所述电池单元的开路电压和可用的最大电池容量之间的预设关系确定所述瞬时开路电压对应的所述瞬时可用的最大电池容量。
27.根据权利要求24所述的校准装置，其特征在于，所述调整因子计算电路将所述瞬时可用的最大电池容量除以零电流最大电池容量，以确定所述调整因子，其中，所述零电流最大电池容量为所述电池单元被充满电而未放电时所述电池单元的可用的最大电池容量。
28.根据权利要求27所述的校准装置，其特征在于，所述相对充电状态变化是通过流经所述电池单元的积分电荷量与所述零电流最大电池容量的比率确定的，以及，所述校准电路通过将所述相对充电状态变化除以所述调整因子校准所述相对充电状态变化。
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