CN111025161A - 一种锂电池恒流恒压充电量估计方法及终端 - Google Patents

一种锂电池恒流恒压充电量估计方法及终端 Download PDF

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    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G01R31/3828—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC using current integration

Abstract

本发明公开了一种锂电池恒流恒压充电量估计方法及终端，其中该充电量估计方法针对锂电池的恒流恒压充电方案进行充电量估计，通过计时获取恒流充电时长、恒压充电时长及一个在恒压充电阶段特定时刻的瞬时电流采样即可估计恒流恒压充电量。通过上述方式，本发明能够在保证充电量估计精度的前提下，降低对实时电流的数据采样要求，并能够降低电池管理系统的软件复杂度或硬件实施成本。

Description

一种锂电池恒流恒压充电量估计方法及终端
技术领域
本发明涉及锂电池电量管理领域，特别是涉及一种锂电池恒流恒压充电量估计方法及终端。
背景技术
锂电池需要电池管理系统来监管其充放电过程并保持温度在合理区间。其中，监测并计量锂电池每次充电过程所充电量是电池管理系统的一项重要任务。充电电量估计通常采用安时法/库伦累计法（Coulomb-Counting），通过在电池充电过程中实时采样充电电流，并与时间进行积分运算得到充电电量。对应地，在电池管理系统中，安时法可以采用软件实现也可采用专用芯片来实现。软件实现方法会增加电池管理系统在程序逻辑和运算算法方面的复杂度，频繁的实时采样和计算也会过多占用电池管理系统的计算资源；而采用专用芯片的方案会增加硬件成本。
锂电池广泛采用恒流恒压充电方案。在恒流恒压充电过程中，首先施加恒定电流进行充电，即恒流充电阶段；待电池电压上升到充电截止电压后保持充电电压不变，进入恒压充电阶段；然后待充电电流下降到截止电流后结束充电过程。相比于单纯的恒流充电方案和恒压充电方案，恒流恒压充电方案能够有效平衡充电效率和电池安全。在恒流恒压充电过程中，恒流充电阶段电流恒定，恒压充电阶段电流呈现指数下降规律，这就为在保证充电量估计精度的前提下，简化估计方法，降低电池管理系统构建成本提供了可能。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种锂电池恒流恒压充电量估计方法及终端，能够解决锂电池管理系统在充电量估计方面所面临的数据采样要求高、程序复杂度高或硬件成本高的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：提供一种锂电池恒流恒压充电量估计方法，其特征在于，对于采用恒定电流为I c，截止电流为I d的恒流恒压充电方案，其充电量估计方法包括以下步骤：
计时获取恒流充电时长t c；
计时在恒压充电某时刻t τ 采样获取恒压充电瞬时电流I τ ；
计时获取恒压充电时长t v；
计算恒流恒压充电电量Q，计算公式为：
Figure 2255DEST_PATH_IMAGE001
。
所述恒压充电某时刻t τ 的取值在锂电池第一次充电时，根据锂电池额定容量Q 0、恒定电流I c及恒流充电时长t c进行计算，计算公式为：
Figure 325920DEST_PATH_IMAGE002
。
所述恒压充电某时刻t τ 的取值在锂电池第二次及以后恒流恒压充电事件的取值范围为
Figure 715444DEST_PATH_IMAGE003
至
Figure 517178DEST_PATH_IMAGE004
之间，其中
Figure 3654DEST_PATH_IMAGE005
为上次恒流恒压充电事件的恒压充电时长。
本发明的另一方面还在于提供一种锂电池恒流恒压充电电量估计终端，用于估计采用恒定电流为I c，截止电流为I d的恒流恒压充电事件的充电量，包括：
计时单元，用于获取恒流充电时长t c；
计算单元，用于计算恒压充电瞬时电流采样时刻t τ ；
所述计时单元，还用于计时恒压充电瞬时电流采样时刻t τ ；
采集单元，用于在恒压充电瞬时电流采样时刻t τ 采集恒压充电瞬时电流I τ ；
所述计时单元，还用于获取恒压充电时长t v；
所述采集单元，还用于对恒流充电结束事件及恒压充电结束事件的触发；
所述计算单元，还用于计算恒流恒压充电电量Q，计算公式为：
Figure 232641DEST_PATH_IMAGE001
；
存储单元，用于记录每次恒流恒压充电事件的充电序号N、恒流充电时长t c、恒压充电时长t v和恒流恒压充电电量Q。
所述计算单元，用于计算获取恒压充电瞬时电流采样时刻t τ ，在锂电池第一次充电时，根据锂电池额定容量Q 0、恒定电流I c及恒流充电时长t c进行计算，计算公式为：
Figure 109461DEST_PATH_IMAGE002
。
所述计算单元，用于计算获取恒压充电瞬时电流采样时刻t τ ，在锂电池第二次及以后恒流恒压充电事件的取值范围为
Figure 714886DEST_PATH_IMAGE003
至
Figure 790290DEST_PATH_IMAGE006
之间，其中
Figure 190178DEST_PATH_IMAGE005
为上次恒流恒压充电事件的恒压充电时长。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种锂电池恒流恒压充电量估计方法和终端，能够在保证充电量估计精度的前提下，降低对实时电流的数据采样要求，并能够降低电池管理系统的软件复杂度或硬件实施成本。
附图说明
图1是本发明实施例公开的一种锂电池恒流恒压充电量估计方法流程图。
图2是本发明实施例公开的一种锂电池恒流恒压充电量估计终端示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种锂电池恒流恒压充电量估计方法及终端，能够在保证充电量估计精度的前提下，降低对实时电流的数据采样要求，并能够降低电池管理系统的软件复杂度或硬件实施成本。以下分别进行详细说明。
图1是本发明实施例公开的一种锂电池恒流恒压充电量估计方法的流程示意图，对于采用恒定电流为I c，截止电流为I d的恒流恒压充电方案，其充电量估计方法包括以下步骤。
S101，终端计时获取恒流充电时长t c。
本发明实施例中，终端可以为手机、笔记本以及便携设备等，也可以为其他设置有锂电池并采用恒流恒压充电方案的设备。
出厂锂电池具有推荐的额定容量Q 0、恒流恒压充电方案的恒定电流I c、充电截止电压V 0和截止电流I d。在锂电池恒流恒压充电过程中，充电电流首先被保持恒定，即恒定电流I c，待锂电池电压上升至充电截止电压时完成恒流充电阶段。自锂电池被施加恒定电流I c开始至锂电池电压上升至充电截止电压的用时长度为恒流充电时长t c。
S102，终端判断是否第一次充电，若是，则执行步骤S103；否则，执行步骤S104。
终端对锂电池的每次恒流恒压充电事件进行计数，并记录每次充电事件的充电序号N、恒流充电时长t c、恒压充电时长t v和恒流恒压充电电量Q。锂电池每次发生充电事件，终端将充电序号增加一次，即N = N + 1。如果N = 0，即没有任何充电事件记录，则判定为第一次充电。
S103，终端根据锂电池额定容量Q 0、恒定电流I c及恒流充电时长t c进行计算，得到恒压充电瞬时电流采样时刻t τ ，计算公式为：
Figure 351032DEST_PATH_IMAGE002
。
S104，终端根据上次恒压充电时间
Figure 494569DEST_PATH_IMAGE007
计算恒压充电瞬时电流采样时刻t τ 取值范围，t τ 取值可以是范围为
Figure 690058DEST_PATH_IMAGE003
至
Figure 526427DEST_PATH_IMAGE008
之间的任意值。
S105，终端在计算所得恒压充电瞬时电流采样时刻t τ 采集恒压充电瞬时电流I τ 。
S106，终端计时获取恒压充电时长t v。
在锂电池恒流恒压充电过程中，锂电池电压上升至充电截止电压后，进入恒压充电阶段，待充电电流逐渐减小至截止电流时恒压充电结束。自锂电池进入恒压充电阶段开始至锂电池充电电流下降至截止电流的用时长度为恒压充电时长t v。
S107，终端计算恒流恒压充电电量Q。
终端根据恒流恒压充电方案设定的恒定电流I c和截止电流I d，以及获取的恒流充电时长t c、恒压充电瞬时电流采样时刻t τ 、恒压充电瞬时电流I τ 、恒压充电时长t v，计算得到恒流恒压充电电量Q，计算公式为：
Figure 174577DEST_PATH_IMAGE001
。
图2是本发明实施例公开的一种锂电池恒流恒压充电量估计终端的结构示意图。锂电池恒流恒压充电量估计终端执行锂电池恒流恒压充电量估计方法，包括以下单元。
计时单元201，用于获取恒流充电时长t c。
出厂锂电池具有推荐的额定容量Q 0、恒流恒压充电方案的恒定电流I c、充电截止电压V 0和截止电流I d。在锂电池恒流恒压充电过程中，充电电流首先被保持恒定，即恒定电流I c，待锂电池电压上升至充电截止电压时完成恒流充电阶段。自锂电池被施加恒定电流I c开始至锂电池电压上升至充电截止电压的用时长度为恒流充电时长t c。
所述计时单元201，还用于获取恒压充电时长t v。
在锂电池恒流恒压充电过程中，锂电池电压上升至充电截止电压后，进入恒压充电阶段，待充电电流逐渐减小至截止电流时恒压充电结束。自锂电池进入恒压充电阶段开始至锂电池充电电流下降至截止电流的用时长度为恒压充电时长t v。
所述计时单元201将获取的恒流充电时长t c和恒流充电时长t v发送给计算单元203。
所述计时单元201，还用于计时恒压充电瞬时电流采样时刻t τ 。
计时单元201在锂电池进入恒压充电阶段后，即恒流充电结束事件触发后，开始进行计时，到达瞬时电流采样时刻t τ 触发采集单元204进行恒压充电瞬时电流I τ 的采样。
采集单元204，用于在恒压充电瞬时电流采样时刻t τ 采集恒压充电瞬时电流I τ 。
采集单元204根据计时单元201触发的恒压充电瞬时电流采样时刻t τ 进行恒压充电瞬时电流I τ 的采样，并发送给计算单元203。
所述采集单元204，还用于对恒流充电结束事件及恒压充电结束事件的触发。
恒流充电结束事件由锂电池电压上升至充电截止电压作为触发条件，而恒压充电结束事件由锂电池的充电电流下降至充电截止电流作为触发条件。采集单元204对恒流充电结束事件及恒压充电结束事件的触发条件进行判断和触发。计时单元201分别捕捉恒流充电结束事件和恒压充电结束事件以辅助对恒流充电时长和恒压充电时长的计时。
举例来说，采集单元204通过设置电压比较器一的参考电压为锂电池的充电截止电压来对恒流充电结束事件进行触发条件判断和触发；通过在充电电路设置转换电阻将充电电流值转换成电压值，并设置电压比较器二的参考电压为充电截止电流经转换电阻转换成的电压值来对恒压充电结束事件进行触发条件判断和触发。计时单元201分别根据电压比较器一和电压比较器二的输出对恒流充电结束事件和恒压充电结束事件进行捕捉。
计算单元203，用于计算恒压充电瞬时电流采样时刻t τ 。
所述计算单元203，用于计算获取恒压充电瞬时电流采样时刻t τ ，在锂电池第一次充电时的计算方法为：根据锂电池额定容量Q 0、恒定电流I c及恒流充电时长t c进行计算，计算公式为：
Figure 844506DEST_PATH_IMAGE002
。
所述计算单元203，用于计算获取恒压充电瞬时电流采样时刻t τ ，在锂电池第二次及后续充电过程中的取值范围为
Figure 894502DEST_PATH_IMAGE009
至
Figure 370614DEST_PATH_IMAGE008
之间，其中
Figure 302798DEST_PATH_IMAGE010
为上次恒流恒压充电过程的恒压充电时长。
所述计算单元203将计算得到的恒压充电瞬时电流采样时刻t τ 发送给计时单元201。
所述计算单元203，还用于计算恒流恒压充电电量Q。
所述计算单元203根据恒流恒压充电方案设定的恒定电流I c和截止电流I d、计时单元201发送的恒流充电时长t c和恒压充电时长t v、计算所得恒压充电瞬时电流采样时刻t τ 、以及采集单元204发送的恒压充电瞬时电流I τ ，计算得到恒流恒压充电电量Q，计算公式为：
Figure 788137DEST_PATH_IMAGE001
。
所述计算单元203将接收到的恒流充电时长t c、恒压充电时长t v，以及计算得到的恒流恒压充电电量Q发送给存储单元202进行存储。
存储单元202，用于记录每次恒流恒压充电事件的充电序号N、恒流充电时长t c、恒压充电时长t v和恒流恒压充电电量Q。
锂电池的一次恒流恒压充电事件包括一次恒流充电结束事件和一次恒压充电结束事件。存储单元202对锂电池的每次恒流恒压充电事件进行计数，对接收自计算单元203的恒流充电时长t c、恒压充电时长t v和恒流恒压充电电量Q进行记录，将充电序号N增加一次并进行存储，即N = N + 1。
计算单元203对锂电池是否是第一次充电进行判定，从存储单元202获取最新一次恒流恒压充电事件记录的充电序号N，如果N = 0，即没有任何恒流恒压充电事件记录，则判定为第一次充电。
本发明利用了恒压充电阶段充电电流呈指数函数下降的规律，能够保证充电量估计精度。由上述实施例可以看出，本发明对恒流恒压充电量的估计只需要计量恒流充电时长t c、恒压充电时长t v及一个在恒压充电阶段特定时刻的瞬时电流采样，采样数据少，采样流程简单，计算复杂度低，因此本发明能够降低对实时电流的数据采样要求，并能够降低电池管理系统的软件复杂度或硬件实施成本。
以上所述仅为本发明的实施例，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 (6)

1.一种锂电池恒流恒压充电量估计方法，其特征在于，对于采用恒定电流为I c，截止电流为I d的恒流恒压充电方案，其充电量估计方法包括以下步骤：
计时获取恒流充电时长t c；
计时在恒压充电某时刻t τ 采样获取恒压充电瞬时电流I τ ；
计时获取恒压充电时长t v；
计算恒流恒压充电电量Q，计算公式为：
Figure 127850DEST_PATH_IMAGE001
。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述恒压充电某时刻t τ 的取值在锂电池第一次充电时，根据锂电池额定容量Q 0、恒定电流I c及恒流充电时长t c进行计算，计算公式为：
Figure 248253DEST_PATH_IMAGE002
。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述恒压充电某时刻t τ 的取值在锂电池第二次及以后恒流恒压充电事件的取值范围为
Figure 182317DEST_PATH_IMAGE003
至
Figure 967739DEST_PATH_IMAGE004
之间，其中
Figure 985374DEST_PATH_IMAGE005
为上次恒流恒压充电事件的恒压充电时长。
4.一种锂电池恒流恒压充电电量估计终端，用于估计采用恒定电流为I c，截止电流为I d的恒流恒压充电事件的充电量，包括：
计时单元，用于获取恒流充电时长t c；
计算单元，用于计算恒压充电瞬时电流采样时刻t τ ；
所述计时单元，还用于计时恒压充电瞬时电流采样时刻t τ ；
采集单元，用于在恒压充电瞬时电流采样时刻t τ 采集恒压充电瞬时电流I τ ；
所述计时单元，还用于获取恒压充电时长t v；
所述采集单元，还用于对恒流充电结束事件及恒压充电结束事件的触发；
所述计算单元，还用于计算恒流恒压充电电量Q，计算公式为：
Figure 699514DEST_PATH_IMAGE001
；
存储单元，用于记录每次恒流恒压充电事件的充电序号N、恒流充电时长t c、恒压充电时长t v和恒流恒压充电电量Q。
5.根据权利要求4所述的终端，其特征在于，所述计算单元，用于计算获取恒压充电瞬时电流采样时刻t τ ，在锂电池第一次充电时，根据锂电池额定容量Q 0、恒定电流I c及恒流充电时长t c进行计算，计算公式为：
Figure 419077DEST_PATH_IMAGE006
。
6.根据权利要求4所述的终端，其特征在于，所述计算单元，用于计算获取恒压充电瞬时电流采样时刻t τ ，在锂电池第二次及以后恒流恒压充电事件的取值范围为
Figure 758923DEST_PATH_IMAGE007
至
Figure 384726DEST_PATH_IMAGE008
之间，其中
Figure 768303DEST_PATH_IMAGE009
为上次恒流恒压充电事件的恒压充电时长。
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