CN110275115B - 一次性电池电量检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一次性电池电量检测方法，涉及电池电量检测技术领域。本发明包括建立放电电压曲线数据库、检测使用中电池电压随时间的变化、选择对应电池曲线、给出电量提示和报警提示、同时将检测到新的电池放电电压曲线记录、进行去掉重复判断后加入电池放电曲线数据库，作为下一次新装入电池电量判断参考。本发明数据库中存储若干一次性使用电池放电电压曲线，通过将采集到的数据与数据库中放电电压曲线对比，选择最接近的一条曲线，能准确的计算电池剩余电量，及时提醒用户更换电池，适合不同品牌或厂家的一次性电池，能更充分的利用电池电量，并且避免未提示而提前断电的情况，以保证产品持续和有效的使用。
Description
技术领域
本发明属于电池电量检测技术领域，特别是涉及一次性电池电量检测方法。
背景技术
目前市场上小功率电子产品都在使用一次性电池，其成本更低，可以随弃，不需要电池充电的时间，没电更换电池马上可以使用产品，而且不涉及与电网连接充电，产品更安全。使用一次电池的产品其电量判断尤为重要，保证产品持续工作和稳定工作；目前市场上电子产品显示电量，通过检测到的电压，与单一的预设电压分段值比较，得出段位或百分比进行显示，或当达到预设低电量范围时，给出低电量报警提示。
上述范围都是基于通用电压范围，但对于不同厂家的电池，放电电压曲线不同，比如南孚电池0.9V放电接近结束，而如劲量一次性锂电池1.2V放电接近结束，如果低电量报警电压设置成1V，将使得产品电池未用完提前报警，或者未报警就断电，不能使电池得到充分利用，严重的更可能影响到产品的使用。
综上所述，本发明人对此进行研究，专门开发出电量检测的系统，提供一种适合于一次性电池电量检测的方案，能够更准确的计算出电池电量，给出电量提示，从而使产品更充分利用电池电量，并及时提醒用户更换电池，以保证产品持续和有效的使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一次性电池电量检测方法，通过检测使用中电池电压随时间的变化，从若干一次性使用电池放电电压曲线中选择对应电池曲线，给出电量提示和报警提示，同时将检测到新的电池放电电压曲线记录，进行去掉重复判断后，加入电池放电曲线数据库，作为下一次新装入电池电量判断参考，能够更准确的计算出电池电量，给出电量提示，从而使产品更充分利用电池电量，并及时提醒用户更换电池，以保证产品持续和有效的使用。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一次性电池电量检测方法，包括以下步骤：
SS00：建立一次性电池放电曲线数据库，并植入到单片机程序中；
SS01：开机上电，使待测电池工作；
SS02：通过单片机定时采集电池电压及上电后的工作时长并存储；
SS03：将采集到的一组或多组数据进行计算分析，通过曲线选择算法从放电曲线数据库中选择剩余电量计算的参考曲线；
SS04：根据参考曲线，计算剩余电量；
SS05：通过显示部分的显示屏显示剩余电量百分比或按百分比分段显示，分段比例提前预设；
SS06：当剩余电量低于X1时，通过显示部分给出低电量提示用户，其中X1为预设值；
SS07：通过电池电量检测系统重复上述步骤SS02～SS06持续采集、计算、显示电量；
SS08：当电池达到最低电量时，将记录的电池电压信息和工作时间存储为新的电池放电曲线A0；
SS09：将新放电曲线与数据库中原有的电池放电曲线对比，根据曲线相似程度，保留并存储新曲线或者删除原曲线；
SS10：系统断电；
其中，单片机采集的数据为电池电压Va0、时间Ta0，间隔时间ΔT后，采集的数据为电池电压Vb0和时间Tb0；
剩余电量时间＝参考曲线总工作时间-Ta0，剩余电量比例＝剩余电量时间/参考曲线总工作时间。
进一步地，所述步骤SS00中建立一次性电池放电曲线数据库的方法为：
S01：在系统正常工作时，通过单片机，每隔时间ΔT采集一次性电池的电压信号V0；
S02：连续记录电压信号与工作时间，形成电池电压与工作时间的曲线，即电池放电电压/时间曲线；所述工作时间为使用一次性电池工作，从满电到当前采集电压时刻的时间；
S03：针对若干种不同的一次性电池，重复上述步骤，分别形成若干种相对应的电池放电电压/时间曲线；
S04：将上述步骤中形成的若干条电池放电电压/时间曲线汇总，形成放电曲线数据库，集成到单片机软件程序中。
进一步地，所述步骤SS03中曲线选择算法为：
a：计算差值ΔV0＝Va0-Vb0；
b：从放电曲线数据中找到与Va0值最接的电压值Va1和时间Ta1、电压值Vb1和时间Tb1，计算差值ΔV1＝Va1-Vb1；
c：选择ΔV0与ΔV1之间差值最小曲线，作为剩余电量计算的参考曲线；
d：若有两条曲线的ΔV都与ΔV0接近，则选择与Ta0更接近的曲线作为剩余电量计算的参考曲线。
进一步地，所述剩余电量计算的参考曲线通过比对曲线斜率变化选择或对斜率求导选择。
进一步地，所述单片机定时采集电池端电压值和工作时间，将采集到的一组或多组数据进行计算分析，Va0和Vb0为滤波算法后的到的平滑值，所述滤波算法为算数平均、递推平均、中值平均、加权递推平均算法中的一个。
进一步地，所述电池电量检测系统包括电源管理模块、单片机、显示部分；所述电源管理模块将一次性电池电压保持恒定值提供给单片机、显示部分以及系统的其他部分；且保护单片机，关机时电池电压不会施加到单片机上；所述单片机带有AD采集功能和存储功能。
进一步地，所述步骤SS04中总工作时间为使用一次性电池工作，从满电到电池“最低电压”，系统能稳定工作的全部时间；其中，所述最低电压的选择通过电源管理芯片数据手册得到，或者通过检测到电源管理芯片供给单片机的电源不稳定或变化时的电池电压得到；若未达到最低电量，就更换电池，在曲线比较时，选用曲线上的数据都为截止到更换电池前的数据，即更换前电压值以前的数据。
进一步地，所述放电曲线的存储使用单片机内部存储或使用外部存储器。
进一步地，所述步骤SS09中，曲线相似程度的判断方法为：
步骤一：对新放电曲线的电压二次求导形成一条曲线A0＇，通过二次求导排除电压和电压差数值的影响；
步骤二：将求导后的所有数值，都分别减去求导后所有数据的平均值，形成一条新曲线A0〞；
步骤三：将该曲线A0〞上的所有数据求和再取平均值；
步骤四：将步骤三中获得的平均值逐一与其他曲线的同样方法计算出的平均值进行比较；
步骤五：若差值小于等于X2，将删除原有曲线，保存新曲线；若差值大于X2，原有曲线不变，新增新曲线，其中X2为预设值。
进一步地，所述步骤SS09中，曲线相似程度通过回归法或最小二乘法判断。
本发明具有以下有益效果：
本发明数据库中存储若干一次性使用电池放电电压曲线，检测使用中电池电压随时间的变化，选择对应电池曲线，给出电量提示和报警提示，同时将检测到新的电池放电电压曲线记录，进行去掉重复判断后，加入电池放电曲线数据库，作为下一次新装入电池电量判断参考，适合不同品牌或厂家的一次性电池，能准确的计算电池剩余电量，及时提醒用户更换电池，能更充分的利用电池电量，并且避免未提示而提前断电的情况，以保证产品持续和有效的使用。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明电池电量检测系统的结构框图；
图2为本发明电池电量检测系统的工作原理图；
图3为本发明建立电池放电曲线数据库的流程图；
图4为本发明一次性电池电量检测方法具体实施方式流程图；
图5为本发明电池电量检测系统具体实施方式的结构框图；
图6为本发明电池电量检测系统具体实施方式的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-6所示，本发明为一次性电池电量检测方法，包括以下步骤：
SS00：建立一次性电池放电曲线数据库，并植入到单片机程序中；
SS01：给使用一次性电池的装置开机上电，使待测电池工作，由于关机时不记录电压和时间，产品不耗电，因此关机不影响放电的检测和后续的计算；若更换电池，可以通过关机前电池电压和开机后电压重新开始检测和计算；
SS02：通过单片机采集电池电压Va0和时间Ta0，间隔时间ΔT后，采集电池电压Vb0和时间Tb0；
SS03：根据电池电压Va0、Vb0，通过曲线选择算法选择剩余电量计算的参考曲线；
SS04：计算剩余电量时间；剩余电量时间＝参考曲线总工作时间-Ta0，剩余电量比例＝剩余电量时间/参考曲线总工作时间；
SS05：通过显示部分的显示屏显示剩余电量百分比或按百分比分段显示，分段比例提前预设；
SS06：当剩余电量低于X1＝10％(根据不同系统或产品需求确定)时，通过显示部分(或其他形式)给出低电量提示用户，其中X1为预设值；
SS07：通过电池电量检测系统重复上述步骤SS02～SS06持续采集、计算、显示电量；
SS08：当电池达到最低电量时，将记录的电池电压信息和工作时间存储为新的电池放电曲线A0；
SS09：将新放电曲线与数据库中原有的电池放电曲线对比，根据曲线相似程度，保留并存储新曲线或者删除原曲线；
SS10：系统断电，供给单片机的电压已经不稳定，提供给出提示并断电关机。
其中如图3所示，步骤SS00中建立一次性电池放电曲线数据库的方法为：
S01：在系统或者使用一次性电池的整个装置正常工作时，通过单片机，每隔时间ΔT采集一次性电池的电压信号V0；
由于总电池容量等于工作电流和时间的积分，当产品工作电流恒定或者取平均值近似恒定时，总电池容量等于工作电流与总工作时间的乘积，即电池容量与工作时间成正比，电池容量计算可以转换为恒定电流下工作时间的计算；
总电池容量＝恒定工作流*总工作时间
S02：连续记录电压信号与工作时间，形成电池电压与工作时间的曲线，即电池放电电压/时间曲线；
S03：针对若干种不同的一次性电池，重复上述步骤，分别形成若干种相对应的电池放电电压/时间曲线，若干种不同的一次性电池碱性电池如南孚、劲量、金霸王、双鹿、华泰(不建议)，一次性锂电池，或其他一次性电池，甚至可用于用相同电压的可充电的镍氢电池放入产品使用；
S04：将上述步骤中形成的若干条电池放电电压/时间曲线汇总，形成放电曲线数据库，集成到单片机软件程序中；其中，工作时间为使用一次性电池工作，从满电到当前采集电压时刻的时间；总工作时间为使用一次性电池工作，从满电到电池“最低电压”，系统能稳定工作的全部时间；
其中，最低电压的选择通过电源管理芯片数据手册得到，或者通过检测到电源管理芯片供给单片机的电源不稳定或变化时的电池电压得到；若未达到最低电量，就更换电池，在曲线比较时，选用曲线上的数据都为截止到更换电池前的数据，即更换前电压值以前的数据。
其中，步骤SS03中曲线选择算法为：
a：计算差值ΔV0＝Va0-Vb0；
b：从放电曲线数据中找到与Va0值最接的电压值Va1和时间Ta1、电压值Vb1和时间Tb1，计算差值ΔV1＝Va1-Vb1；
c：选择ΔV0与ΔV1之间差值最小曲线，作为剩余电量计算的参考曲线；
d：若有两条曲线的ΔV都与ΔV0接近，则选择与Ta0更接近的曲线作为剩余电量计算的参考曲线。
其中，剩余电量计算的参考曲线通过比对曲线斜率变化选择或对斜率求导选择。
其中，单片机定时采集电池端电压值和工作时间，将采集到的一组或多组数据进行计算分析，Va0和Vb0为滤波算法后的到的平滑值，滤波算法为算数平均、递推平均、中值平均、加权递推平均算法中的一个。
其中如图1所示，电池电量检测系统包括电源管理模块、单片机、显示部分；电源管理模块将一次性电池电压保持恒定值提供给单片机、显示部分以及系统的其他部分；且保护单片机，关机时电池电压不会施加到单片机上；单片机带有AD采集功能和存储功能。
其中，放电曲线的存储使用单片机内部存储或使用外部存储器。
步骤SS09中，曲线相似程度的判断方法为：
步骤一：对新放电曲线的电压二次求导形成一条曲线A0＇，通过二次求导排除电压和电压差数值的影响；
步骤二：将求导后的所有数值，都分别减去求导后所有数据的平均值，形成一条新曲线A0〞；
步骤三：将该曲线A0〞上的所有数据求和再取平均值；
步骤四：将步骤三中获得的平均值逐一与其他曲线的同样方法计算出的平均值进行比较；
步骤五：若差值小于等于X2＝5，将删除原有曲线，保存新曲线；若差值大于X2，原有曲线不变，新增新曲线。
其中，步骤SS09中，曲线相似程度通过回归法或最小二乘法判断。
如图5-6所示，通过该方法检测负压引流仪中使用的一次性电池的电量，电源管理模块、CPU、存储器、气泵驱动模块、压力传感器、AD采集模块即成为一控制电路板，一次性电池与电源管理模块连接，控制按键与CPU连接，电源管理模块将一次性电池电压保持恒定值提供给CPU、显示部分以及系统的其他部分；且保护CPU，关机时电池电压不会施加到CPU上；CPU与存储器通信连接，CPU与显示部分通信连接；根据上述步骤检测电池的电量，系统上电后，进行上电自检：CPU检测电池、压力传感器的信号，确定检测值的正常范围，并输出后满屏显示，用户观察屏幕上无坏点；进行参数设置：CPU通过输出显示信息和检测按键输入实现参数设置；进行压力控制：CPU通过压力传感器采集的接口处压力信息，并通过气泵驱动电路控制气泵工作，使接口处的压力值达到稳定；进行电量检测：CPU通过AD模块采集电池电压，并输出显示屏电量信息，记录电压和时间并更新电池放电曲线，当CPU检测到最低电压或响应按键或者其输入时给出关机信号，通过电源管理模块使系统断电。
一次性电池电量检测方法，数据库中存储若干一次性使用电池放电电压曲线，检测使用中电池电压随时间的变化，选择对应电池曲线，给出电量提示和报警提示，同时将检测到新的电池放电电压曲线记录，进行去掉重复判断后，加入电池放电曲线数据库，作为下一次新装入电池电量判断参考，适合不同品牌或厂家的一次性电池，能准确的计算电池剩余电量，及时提醒用户更换电池，能更充分的利用电池电量，并且避免未提示而提前断电的情况，以保证产品持续和有效的使用。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (8)
1.一次性电池电量检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
SS00：建立一次性电池放电曲线数据库，并植入到单片机程序中；一次性电池放电曲线为电池电压与工作时间的曲线；
SS01：开机上电，使待测电池工作；
SS02：通过单片机定时采集电池电压及上电后的工作时长并存储；
SS03：将采集到的一组或多组数据进行计算分析，通过曲线选择算法从放电曲线数据库中选择剩余电量计算的参考曲线；
曲线选择算法为：
a：计算差值ΔV0＝Va0-Vb0；
b：从放电曲线数据中找到与Va0值最接的电压值Va1和时间Ta1、电压值Vb1和时间Tb1，计算差值ΔV1＝Va1-Vb1；其中电压值Vb1和时间Tb1为电压值Va1和时间Ta1的下一个数据电压值和对应的时间；
c：选择ΔV0与ΔV1之间差值最小曲线，作为剩余电量计算的参考曲线；
d：若有两条曲线的ΔV都与ΔV0接近，则选择与Ta0更接近的曲线作为剩余电量计算的参考曲线；
SS04：根据参考曲线，计算剩余电量；
SS05：通过显示部分的显示屏显示剩余电量百分比或按百分比分段显示，分段比例提前预设；
SS06：当剩余电量低于X1时，通过显示部分给出低电量提示用户，其中X1为预设值；
SS07：通过电池电量检测系统重复上述步骤SS02～SS06持续采集、计算、显示电量；
SS08：当电池达到最低电量时，将记录的电池电压信息和工作时间存储为新的电池放电曲线A0；
SS09：将新放电曲线与数据库中原有的电池放电曲线对比，根据曲线相似程度，保留并存储新曲线或者删除原曲线；
曲线相似程度的判断方法为：
步骤一：对新放电曲线的电压二次求导形成一条曲线A0＇，通过二次求导排除电压和电压差数值的影响；
步骤二：将求导后的所有数值，都分别减去求导后所有数据的平均值，形成一条新曲线A0〞；
步骤三：将该曲线A0〞上的所有数据求和再取平均值；
步骤四：将步骤三中获得的平均值逐一与其他曲线的同样方法计算出的平均值进行比较；
步骤五：若差值小于等于X2，将删除原有曲线，保存新曲线；若差值大于X2，原有曲线不变，新增新曲线，其中X2为预设值；
SS10：系统断电；
其中，单片机采集的数据为电池电压Va0、时间Ta0，间隔时间ΔT后，采集的数据为电池电压Vb0和时间Tb0；
其中，剩余电量时间＝参考曲线总工作时间-Ta0，剩余电量比例＝剩余电量时间/参考曲线总工作时间。
2.根据权利要求1所述的一次性电池电量检测方法，其特征在于，所述步骤SS00中建立一次性电池放电曲线数据库的方法为：
S01：在系统正常工作时，通过单片机，每隔时间ΔT采集一次性电池的电压信号V0；
S02：连续记录电压信号与工作时间，形成电池电压与工作时间的曲线，即电池放电电压/时间曲线；所述工作时间为使用一次性电池工作，从满电到当前采集电压时刻的时间；
S03：针对若干种不同的一次性电池，重复上述步骤，分别形成若干种相对应的电池放电电压/时间曲线；
S04：将上述步骤中形成的若干条电池放电电压/时间曲线汇总，形成放电曲线数据库，集成到单片机软件程序中。
3.根据权利要求1所述的一次性电池电量检测方法，其特征在于，所述剩余电量计算的参考曲线通过比对曲线斜率变化选择或对斜率求导选择。
4.根据权利要求1所述的一次性电池电量检测方法，其特征在于，所述单片机定时采集电池端电压值和工作时间，将采集到的一组或多组数据进行计算分析，Va0和Vb0为滤波算法后的到的平滑值，所述滤波算法为算数平均、递推平均、中值平均、加权递推平均算法中的一个。
5.根据权利要求1所述的一次性电池电量检测方法，其特征在于，所述电池电量检测系统包括电源管理模块、单片机、显示部分；
所述电源管理模块将一次性电池电压保持恒定值提供给单片机、显示部分以及系统的其他部分，且保护单片机；
所述单片机带有AD采集功能和存储功能。
6.根据权利要求1所述的一次性电池电量检测方法，其特征在于，所述步骤SS04中总工作时间为使用一次性电池工作，从满电到电池“最低电压”，系统能稳定工作的全部时间；
其中，所述最低电压的选择通过电源管理芯片数据手册得到，或者通过检测到电源管理芯片供给单片机的电源不稳定或变化时的电池电压得到；若未达到最低电量，就更换电池，在曲线比较时，选用曲线上的数据都为截止到更换电池前的数据，即更换前电压值以前的数据。
7.根据权利要求1所述的一次性电池电量检测方法，其特征在于，所述放电曲线的存储使用单片机内部存储或使用外部存储器。
8.根据权利要求1所述的一次性电池电量检测方法，其特征在于，所述步骤SS09中，曲线相似程度通过回归法或最小二乘法判断。
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