CN109581236A

CN109581236A - 锂离子电池容量的检测方法、装置及计算机可读存储介质

Info

Publication number: CN109581236A
Application number: CN201910067123.XA
Authority: CN
Inventors: 张少龙; 明家万
Original assignee: SHENZHEN HUADEAN TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHENZHEN HUADEAN TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2019-01-22
Filing date: 2019-01-22
Publication date: 2019-04-05

Abstract

本发明公开了一种锂离子电池容量的检测方法，包括当电池充满电时，获取电池两端的第一电压，将第一电压发送至模数转换器；通过模数转换器将第一电压的模拟信号转换为数字电压值，并对连续采样的预设数量的数字电压值进行均值计算，获取第一电压对应的第一均值电压；根据第一均值电压与预设的放电终止电压的差值，确定电池的可用电压，并根据预设的电压电量对应表，计算电池的总容量。本发明还公开了一种锂离子电池容量的检测装置和可读存储介质。由此使得电池在不使用库仑计计算电池电量的情况下，也能根据电池的电压估算出电池的总容量，使得电源管理设计简单可靠，电量估算趋接近真实值，从而降低电子产品的材料成本和时间成本。

Description

锂离子电池容量的检测方法、装置及计算机可读存储介质

技术领域

本发明涉及电池应用领域，尤其涉及一种锂离子电池容量的检测方法、装置及计算机可读存储介质。

背景技术

随着便携式移动电子产品迅猛发展，给这些产品提供能量的电池也得到快速的发展。因不同厂家选用的原材料差异、电池包装的紧密度、生产工艺等因素，导致每一块锂离子电池充饱电压和容量与设计之初的参数存在一定的差异，如标称容量1000mAh，实际生产出来的容量可能偏差±100mAh，标称充饱电压4.2V，实际生产出来的充饱电压可能偏差±0.15V，甚至更高。这样导致下端在集成设计时，对电路设计、电池电压采样、容量估算等都有影响。

目前，大部分智能手机、平板电脑一些便携式移动电子产品中，在测量和计算电池电量时，为了快速出产品，设计人员往往会选用库仑计这样的器件。库仑计，在设计时串联在电池回路上，充电时外界电压高于电池电压，电流流进电池；放电时电池电压高于负载电压，电流流出电池。通过这一原理可以计算出电池充电和放电的电量。但是，由于产品在设计时为了控制物料成本等一些因素影响，往往不会使用库仑计。为了解决这一缺陷，本申请利用电池充满电后的电压与电池的放电终止电压两者的差值来动态计算可使用的电压，并根据预设的电压电量对应表，计算电池的总容量。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种锂离子电池容量的检测方法、装置及计算机可读存储介质，旨在解决不使用库仑计时无法动态估算电池容量大小的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种锂离子电池容量的检测方法，该方法包括以下步骤：

当电池充满电时，获取所述电池两端的第一电压，将所述第一电压发送至模数转换器；

通过所述模数转换器将所述第一电压的模拟信号转换为数字电压值，并对连续采样的预设数量的数字电压值进行均值计算，获取第一电压对应的第一均值电压；

根据所述第一均值电压与预设的放电终止电压的差值，确定所述电池的可用电压，并根据预设的电压电量对应表，计算所述电池的总容量。

优选地，在所述根据所述第一均值电压与预设的放电终止电压的差值，确定所述电池的可用电压，并根据预设的电压电量对应表，计算所述电池的总容量的步骤之后，包括：

在电池放电过程中，获取当前电池两端的第二电压，并将检测到的第二电压发送至模数转换器；

通过所述模数转换器将所述第一电压的模拟信号转换为数字电压值，并对连续采样的预设数量的数字电压值进行均值计算，获取第二电压对应的第二均值电压；

根据所述第二均值电压与可用电压的比值，计算出所述电池的剩余电量的百分比。

优选地，所述通过所述模数转换器将所述第一电压的模拟信号转换为数字电压值，并对连续采样的预设数量的数字电压值进行均值计算，获取第一电压对应的第一均值电压的步骤，包括：

通过所述模数转换器将所述第一电压的模拟信号转换为数字电压值；

将所述数字电压值依次保存到存储器中预设的存储空间；

获取所述预设存储空间中预设数量的数字电压值，对所述预设数量的数字电压值进行均方根计算，获取所述第一电压对应的第一均值电压。

优选地，通过如下公式计算所述第一均值电压：

其中，x为第一均值电压,x_i为第i个第一电压的采样数据，N为采样数据的个数。

优选地，通过如下公式计算可用电压：

U0＝U1-U2，

其中，U0为可用电压，U1为第一电压，U2为放电终止电压；

通过如下公式计算剩余容量百分比：

A＝((Ub-U2)/U0)*100％，

其中，A为剩余容量百分比，Ub为第二电压，U2为放电终止电压，U0为可用电压。

优选地，所述模数转换器为逐次逼近式模数转换器。

此外，为实现上述目的，本发明还提供一种锂离子电池容量的检测的装置，该装置包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的电池容量的检测程序，所述电池容量的检测程序被所述处理器执行时实现上述的锂离子电池容量的检测方法的任一步骤。

此外，为实现上述目的，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被所述处理器执行时实现上述的锂离子电池容量的检测方法的任一步骤。

本发明提出的一种锂离子电池容量的检测方法、装置及计算机可读存储介质，当电池充满电时，通过获取电池两端的第一电压，并将所述第一电压发送至模数转换器，通过模数转换器将第一电压的模拟信号转换为数字电压值，并对连续采样的预设数量的数字电压值进行均值计算，获取第一电压对应的第一均值电压，再根据所述第一均值电压与预设的放电终止电压的差值，确定所述电池的可用电压，并根据预设的电压电量对应表，计算所述电池的总容量。由此使得在测量和计算电池的容量在不使用库仑计的情况下，也能根据电池的电压估算出电池的容量，使得电源管理设计简单可靠，电量估算趋接近真实值，从而使电子产品在设计开发时元器件选材大众化，降低了材料成本和时间成本。

附图说明

图1是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的装置结构示意图；

图2为本发明电池容量的检测方法第一实施例的流程示意图；

图3为本发明电池容量的检测方法第二实施例的流程示意图；

图4为本发明电池容量的检测方法第三实施例的流程示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的主要解决方案是：当电池充满电时，获取所述电池两端的第一电压，将所述第一电压发送至模数转换器；通过所述模数转换器将所述第一电压的模拟信号转换为数字电压值，并对连续采样的预设数量的数字电压值进行均值计算，获取第一电压对应的第一均值电压；根据所述第一均值电压与预设的放电终止电压的差值，确定所述电池的可用电压，并根据预设的电压电量对应表，计算所述电池的总容量。

由于现有技术的电量测量方法可以使用库仑计，通过将库仑计串联在电池的回路上，充电时外界电压高于电池电压，电流流进电池；放电时电池电压高于负载电压，电流流出电池。通过这一特性可以计算出电池充电和放电的电量。但是，由于产品在设计时为了控制物料成本等一些因素影响，往往不会使用库仑计。

本发明提供一种解决方案，利用电池充满电后的电压与预设的放电终止电压来动态估算电池的总容量。

如图1所示，图1是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的装置结构示意图。

本发明实施例装置可以是电子设备内部的组件，也可以是独立于电子设备外部的组件，所述电子设备包括手机、笔记本电脑、平板电脑、蓝牙耳机、充电宝等便携式电子设备。

如图1所示，该装置可以包括：处理器1001、通信总线1002、模数转换模块1003、电池1004、存储器1005。其中，处理器1001主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据，例如主控芯片。通信总线1002用于实现各个组件之间的通信连接，各种控制信息和受控电路中的反馈信息都在这条总线中传递，包括串行总线和并行总线。模数转换模块1003是用于将模拟信号转化为数字信号，比如模数转换器。电池1004用于给电子设备供电的电源，包括一次电源和二次电源，目前便携式电子设备主要是用锂离子充电电池。存储器1005可以是RAM存储器或ROM存储器，用于存储程序和数据。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。

本领域技术人员可以理解，图1中示出的装置结构并不构成对装置的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

如图1所示，作为一种计算机存储介质的存储器1005中可以包括数据存储区和程序存储区，其中程序存储区包括操作系统和电池容量的检测程序。

在图1所示的装置中，处理器1001可以用于调用存储器1005中存储的电池容量的检测程序，执行以下操作：

进一步地，处理器1001可以用于调用存储器1005中存储的电池容量的检测程序，还执行以下操作：

将所述数字电压值依次保存到存储器中预设的存储空间；

通过如下公式计算所述第一均值电压，

通过如下公式计算可用电压：

U0＝U1-U2，

其中，U0为可用电压，U1为第一电压，U2为放电终止电压；

通过如下公式计算剩余容量百分比：

A＝((Ub-U2)/U0)*100％，

所述模数转换器为逐次逼近式模数转换器。

本发明锂离子电池容量的检测装置的具体实施例与下述锂离子电池容量的检测方法各实施例基本相同，在此不作赘述。

参照图2，本发明第一实施例提供一种锂离子电池容量的检测方法，所述锂离子电池容量的检测方法包括：

步骤S10，当电池充满电时，获取所述电池两端的第一电压，将所述第一电压发送至模数转换器。

本发明实施例装置可以是电子设备内部的组件，也可以是独立于电子设备外部的组件，所述电子设备包括手机、笔记本、平板电脑、蓝牙耳机、充电宝、执法仪记录仪、相机等便携式电子设备。本实施例以手机为例，手机中所用的电池为锂离子电池，锂离子电池是一种二次电池，即充电电池。锂离子电池主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌。充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入到负极，使负极处于负锂状态；放电时则相反。锂离子电池具有能量密度大、自放电小、循环性能优越、可快速充放电、充电效率高等优点，而且锂离子电池使用寿命长，无环境污染，被称为绿色电池，被广泛应用于各类便携式电子产品中。

因不同厂家选用的原材料差异、电池包装的紧密度、生产工艺等因素，导致每一块电池充饱电压和容量与设计之初的参数存在一定的差异，或者由于电池的性能随着使用时间逐渐降低，使用过的电池与新电池相比，实际充饱电压和容量均会发生变化，例如锂电池的标称充饱电压为4.2V，实际充饱电压可能偏差±0.15V。故需要在电池充满电时，连接电池正负两端，测得电池实际的充饱电压。通过检测电池的实际充饱电压与规定的放电终止电压的差值，可以得知电池的工作电压范围和总容量大小。

正常锂离子电池的充饱电压在4.2V左右，而系统给模数转化器的参考电压在3V左右，如果电池电压直接输入至模数转化器，会使得模数转换器不能正常工作。为保证所述第一电压不超过模数转换器的参考电压，需要在获取到第一电压后，对第一电压进行分压。目前的分压电路有很多，本实施例以串联电阻分压电路为例，将电阻R1和R2串联后，获取电阻R1或R2两端的电压来实现分压，再将分压后的电压发至模数转换器，并执行步骤S20。

本领域技术人员可以理解，如果第一电压小于参考电压，就不需要加入分压电路在模数转换器的模拟信号输入端，即便加入分压电路，也可以是其他形式的或者串联不同电阻数量的电路。

步骤S20，通过所述模数转换器将所述第一电压的模拟信号转换为数字电压值，并对连续采样的预设数量的数字电压值进行均值计算，获取第一电压对应的第一均值电压。

模数转换器接收到所述第一电压后，将第一电压的模拟信号转换为数字信号，也就是将时间连续、幅值连续的第一电压的模拟信息转换为时间离散、幅值离散的数字电压值。因此，模数转换器要对第一电压进行取样、保持、量化及编码4个过程。在实际电路中，这些过程有的是合并进行的，例如取样和保持，量化和编码往往都是在转换过程中同时实现的。为了保证模数转换时速度快、误差小、精度高，本实施例采用逐次逼近式模数转换器，使得获得的第一电压的数字电压值精确更高。

模数转换器将输出的数字电压值依次保存至存储器中的预设存储空间，通过获取最新更新的预设个数的数字电压值，对这些预设个数的数字信号进行均值计算，从而获取到第一电压对应的第一均值电压。

步骤S30，根据所述第一均值电压与预设的放电终止电压的差值，确定所述电池的可用电压，并根据预设的电压电量对应表，计算所述电池的总容量。

为了保护电池，当电池电压下降到一个预设的放电终止电压时，终端将进入关机状态，防止电池因过放而被损坏。该放电终止电压由开发人员根据实际情况设定。故电池的可用电量并非电池中所有电量，而是电池从充电饱和电压开始放电，直至降至放电终止电压过程中释放的电量。故电池可用电压可根据如下公式计算：

U0＝U1-U2，其中，U0为可用电压，U1为第一电压，U2为放电终止电压。

将所述第一均值电压和预设放电终止电压分别与预设的电压电量对应关系表，获取第一均值电压和预设放电终止电压对应的电量，将两个电量相减，即可得到该电池的总容量。

在本实施例当电池充满电时，通过获取所述电池两端的第一电压，将所述第一电压发送至模数转换器；通过所述模数转换器将所述第一电压的模拟信号转换为数字电压值，并对所述第一电压的数字电压值进行均值计算，获取第一电压对应的第一均值电压；根据所述第一均值电压与预设放电终止电压对应的电量，计算出所述电池的总容量。从而使得电池在不使用库仑计计算电池电量的情况下，也能根据电池的电压估算出电池的容量，使得电源管理设计简单可靠，电量估算趋接近真实值，从而使电子产品在设计开发时元器件选材大众化，降低了材料成本和时间成本。

进一步的，参照图3，本发明第三实施例提供一种锂离子电池容量的检测方法，基于上述图2所示的实施例，在所述根据所述第一均值电压与预设放电终止电压，计算出所述电池的总容量的步骤之后，包括：

步骤S40，在电池放电过程中，获取当前电池两端的第二电压，并将检测到的第二电压发送至模数转换器。

手机在使用过程中，电池电压会根据剩余容量逐渐降低，作为用户需要知道电池剩余电量，以便确认手机剩余电量百分比和剩余使用时长。在上述第二实施例中，通过电池第一电压获取了电池总容量后，还可以根据电池当前电压计算出剩余容量百分比。在电池使用过程中，获取当前电池两端的第二电压，将所述第二电压进行分压后，发送至模数转换器。

步骤S50，通过所述模数转换器将所述第一电压的模拟信号转换为数字电压值，并对连续采样的预设数量的数字电压值进行均值计算，获取第二电压对应的第二均值电压。

模数转换器接收到所述第二电压后，将第二电压的模拟信号转换为数字信号，获取第二电压对应的数字电压值，并将数字电压值依次保存至存储器中的预设存储空间，通过获取最新的预设个数的数字电压值，对这些预设个数的数字电压值进行均值计算，即可获取第二电压对应的第二均值电压。

步骤S60，根据所述第二均值电压与可用电压的比值，计算出所述电池的剩余电量的百分比。

由于电池电压与电池剩余容量成正比的关系，本实施例正是基于这一特性，通过电池充满电后的第一电压与放电终止电压两者之差，来动态计算电池可用电压，以此来计算电池的电池剩余容量百分比。

根据如下公式计算可用电压：

A＝((Ub-U2)/U0)*100％，其中，A为剩余容量百分比，Ub为第二电压，U2为放电终止电压，U0为可用电压。

本实施例根据当前电池两端的第二电压，获取第二均值电压在可用电压中的占比，计算出电池的剩余容量百分比，以使用户可以知道电池剩余电量百分比和剩余使用时长。

进一步的，参照图4，本发明第三实施例提供一种锂离子电池容量的检测方法，基于上述图2所示的实施例，所述通过所述模数转换器将所述第一电压的模拟信号转换为数字信号，并对所述第一电压的数字信号进行均值计算，获取第一电压对应的第一均值电压的步骤，包括：

步骤S70，通过所述模数转换器将所述第一电压的模拟信号转换为数字电压值。

模数转换器(ADC)的种类很多，按工作原理的不同，可分成间接ADC和直接ADC。间接ADC是先将输入模拟电压转换成时间或频率，然后再把这些中间量转换成数字量，常用的间接ADC有双积分型ADC。直接ADC则直接转换成数字量，常用的有并联比较型ADC和逐次逼近型ADC。其中，并联比较型ADC是采用各量级同时并行比较，各位输出码也是同时并行产生，所以并联比较型ADC的优点是转换速度快，缺点是成本高、功耗大，所以这种ADC适用于要求高速、低分辩率的场合。逐次逼近型ADC是逐个产生比较电压，逐次与输入电压分别比较，以逐渐逼近的方式进行模数转换的。逐次逼近型ADC每次转换都要逐位比较，需要(n+1)个节拍脉冲才能完成，所以它比并联比较型ADC的转换速度慢，比双分积型ADC要快，属于中速ADC器件。另外位数多时，它需用的元器件比并联比较型少得多，所以它是集成ADC中，应用较广的一种。本实施例以逐次逼近型ADC为例，Uref为模数转换的参考电压，若参考电压Uref为3.3V，12位逐渐逼近型模数转换器的最小刻度电压计算公式如下：

Umin＝Uref/2^12，

由此可知本实例中最小刻度电压值为：

Umin＝3.3V/2^12＝3.3V/4096＝0.8mV，

另外，根据电阻分压原理可知，Uin的电压为：

Uin＝(R2/(R1+R2))*Ub，

其中，Ub是锂电池两端的电压，Uin为模数转换器的输入端电压。

另外，根据如下公式：

(R2/(R1+R2))*Ub＝Uref/2^12*Us，

由此可得出锂电池两端电压的数字电压值，计算公式如下：

Us＝(R2/(R1+R2))*Ub/(Uref/2^12)，

其中，Us为模数转换后值数字电压值。

步骤S80，将所述数字电压值依次保存到存储器中预设的存储空间。

获取每个时刻的数字电压值，并将所述数字电压值依次保存至存储器中预设的存储空间，随着时间变化，可记录数字电压值的数值变化。

步骤S90，获取所述预设存储空间中预设数量的数字电压值，对所述预设数量的数字电压值进行均方根计算，获取所述第一电压对应的第一均值电压。

由于数字电压值是一个快速跳变离散量，在本实例中通过对N个采样值进行均方根计算，每新采集一个数据存入预设存储空间的同时，去掉一个最老数据，以使获取的N个数据始终是最新更新的数据。均方根是将N个采样点的先进行平方计算，然后相加，得到的N个采样值的平方和除以N再开方，就可以得到电压的平均值。

通过如下公式计算所述第一均值电压：

本实施例通过采用逐次逼近式模数转换器对第一电压进行模数转化，并对转化后的数字电压值进行均值计算，有效去除由于电路干扰或噪声引起脉冲，使得达到的电压值更精确。

此外，本发明实施例还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有锂离子电池容量的检测程序，所述锂离子电池容量的检测程序被处理器执行时实现如下操作：

进一步地，所述电池容量的检测程序被处理器执行时还实现如下操作：

将所述数字电压值依次保存到存储器中预设的存储空间；

通过如下公式计算所述第一均值电压：

通过如下公式计算可用电压：

U0＝U1-U2，

其中，U0为可用电压，U1为第一电压，U2为放电终止电压；

通过如下公式计算剩余容量百分比：

A＝((Ub-U2)/U0)*100％，

所述模数转换器为逐次逼近式模数转换器。

本发明计算机可读存储介质的具体实施例与上述锂离子电池容量的检测程序各实施例基本相同，在此不作赘述。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在如上所述的一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种锂离子电池容量的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的锂离子电池容量的检测方法，其特征在于，在所述根据所述第一均值电压与预设的放电终止电压的差值，确定所述电池的可用电压，并根据预设的电压电量对应表，计算所述电池的总容量的步骤之后，包括：

3.如权利要求1所述的锂离子电池容量的检测方法，其特征在于，所述通过所述模数转换器将所述第一电压的模拟信号转换为数字电压值，并对连续采样的预设数量的数字电压值进行均值计算，获取第一电压对应的第一均值电压的步骤，包括：

将所述数字电压值依次保存到存储器中预设的存储空间；

4.如权利要求3所述的锂离子电池容量的检测方法，其特征在于，通过如下公式计算所述第一均值电压：

其中，x为第一均值电压,x_i为第i个第一电压的采样数据，N为采样数据个数。

5.如权利要求2所述的锂离子电池容量的检测方法，其特征在于，通过如下公式计算可用电压：

U0＝U1-U2，

其中，U0为可用电压，U1为第一电压，U2为放电终止电压；

通过如下公式计算剩余容量百分比：

A＝((Ub-U2)/U0)*100％，

6.如权利要求1至3中任一所述的锂离子电池容量的检测方法，其特征在于，所述模数转换器为逐次逼近式模数转换器。

7.一种锂离子电池容量的检测的装置，其特征在于，所述电池容量的检测装置包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的电池容量的检测程序，所述电池容量的检测程序被所述处理器执行时实现如下步骤：

8.如权利要求7所述的锂离子电池容量的检测的装置，其特征在于，所述电池容量的检测程序被所述处理器执行时还实现如下步骤：

9.如权利要求7所述的锂离子电池容量的检测的装置，其特征在于，所述电池容量的检测程序被所述处理器执行时还实现如下步骤：

将所述数字电压值依次保存到存储器中预设的存储空间；

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至6中任一项所述的锂离子电池容量的检测方法的步骤。