CN111289909B - 一种锂电池电量测量方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及锂电池测量的技术领域，尤其涉及一种锂电池电量测量方法及系统。该测量方法包括：获取锂电池初始状态和老化后状态拐点的电量电压；根据初始状态和老化后状态拐点的电量电压和当前电池状态，得到当前电池状态当前拐点电量值和电压值；获取锂电池瞬时电压值，判断瞬时电压值是否大于当前拐点电压值；若是，按照第一线性关系计算得到锂电池电量值；若否，按照第二线性关系计算得到锂电池电量值。本发明对电压滤波处理可以得到一个有参考意义的电压值，然后根据电池放电特性曲线，结合电池使用时间，推导出接近真实的电池电量，而不受电池电压跳变和电池使用时间影响，测量简单快速，大大提高了锂电池电量测量的准确性的快速性。

Description

一种锂电池电量测量方法及系统
技术领域
本发明涉及锂电池测量的技术领域，尤其涉及一种锂电池电量测量方法及系统。
背景技术
随着生活水平的提高和政策的推动，电动汽车的市场占有率逐渐增高，目前在驾驶时需要准确得知锂电池的电量情况，防止因电量反馈不准确导致车主不便，并排除汽车行驶的安全隐患。
而目前传统测量锂电池电量的方式是通过测量电压值来估算电池剩余电量，电压值的采集一般是取一段时间电压的平均值来做计算。而且电压值和剩余电量是按照固定比例来计算 R = (X - Y)/a，其中Y为最低电压值，a为系数，X为实际采集到的电压值，R则为估算的剩余电量。由于采集电池电压会根据用电器使功率变化产生波动，传统的采集一段时间的电压来取平均值无法取得准确的电压值。而且电池放电曲线不是线性曲线，按照固定比例来推算电池电量更加无法保证准确性。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷（不足），提供一种锂电池电量测量方法及系统。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种锂电池电量测量方法，该测量方法包括：
获取锂电池初始状态和老化后状态拐点的电量电压；
根据初始状态和老化后状态拐点的电量电压和当前电池状态，得到当前电池状态当前拐点电量值和电压值；
获取锂电池瞬时电压值，判断瞬时电压值是否大于当前拐点电压值；
若是，按照第一线性关系计算得到锂电池电量值；
若否，按照第二线性关系计算得到锂电池电量值。
进一步的，所述根据初始状态和老化后状态拐点的电量电压和当前电池状态，得到当前电池状态当前拐点的电量值和电压值包括：
根据初始状态、老化后状态拐点的电量电压和当前电池状态的电池使用时间，获取当前电池状态拐点电量值和电压值的衰减比例参数；
根据初始状态、老化后状态的拐点电压值和电压值的衰减比例参数，得到当前拐点的电压值；
根据初始状态、老化后状态的拐点电量值和电量值的衰减比例参数，得到当前拐点的电量值。
进一步的，所述获取锂电池瞬时电压值包括：
获取当前锂电池的真实瞬时电压值；
将真实瞬时电压值进行预设N级滤波，得到锂电池的瞬时电压值。
进一步的，所述获取当前锂电池的真实瞬时电压值包括：
采集锂电池的实时模拟电压值；
将实时模拟电压值按照瞬时电压公式计算，得到真实瞬时电压值。
进一步的，所述预设N级滤波为三级滤波。
进一步的，所述按照第一线性关系计算得到锂电池电量值包括：
获取初始状态和老化后状态拐点前线性参数；
根据初始状态和老化后状态拐点前线性参数和当前电池状态，得到当前电池状态第一线性关系的第一线性参数；
根据满电电压值、瞬时电压值和第一线性参数，计算得到锂电池电量值。
进一步的，所述按照第二线性关系计算得到锂电池电量值包括：
获取初始状态和老化后状态拐点后线性参数；
根据初始状态和老化后状态拐点后线性参数和当前电池状态，得到当前电池状态第二线性关系的第二线性参数；
根据空电电压值、瞬时电压值和第二线性参数，计算得到锂电池电量值。
进一步的，所述第一线性关系的第一线性参数根据当前电池状态的满电电压值、当前拐点电量值和电压值计算得到；所述第二线性关系的第二线性参数根据当前电池状态的空电电压值、当前拐点电量值和电压值计算得到。
进一步的，所述锂电池的老化后状态为锂电池在初始状态使用一定时间后的状态。
本发明还提供一种锂电池电量测量系统，包括：
处理单元，用于对当前电池状态拐点的电量值和电压值进行处理，并根据瞬时电压值计算得到锂电池的电量值；
滤波单元，用于对真实瞬时电压值进行滤波，得到瞬时电压值并将瞬时电压值输出到处理单元；以及
采集单元，用于对锂电池的实时模拟电压值进行采集并转换为真实瞬时电压值，并将真实瞬时电压值输出到滤波单元。
本发明通过计算得到当前电池状态的当前拐点，并对获取到瞬时电压值进行判断，通过相对应的线性关系计算得到锂电池的当前电量值，从而实现通过锂电池的瞬时电压值准确的预估出电池的电量。本方法首先对电压滤波处理可以得到一个有参考意义的电压值，然后根据电池放电特性曲线，结合电池使用时间，推导出接近真实的电池电量，而不受电池电压跳变和电池使用时间影响，测量简单快速，大大提高了锂电池电量测量的准确性的快速性。
附图说明
图1为本发明实施例锂电池电量测量方法的结构流程图。
图2为本发明实施例步骤102的具体结构流程图。
图3为本发明实施例步骤103的具体结构流程图。
图4为本发明实施例步骤301的具体结构流程图。
图5为本发明实施例步骤104的具体结构流程图。
图6为本发明实施例步骤105的具体结构流程图。
图7为本发明实施例锂电池电量测量系统的结构框图。
图8为本发明实施例锂电池放电过程中的电压电量关系曲线图。
图9为本发明实施例锂电池放电过程中的电压电量关系近似线性图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。
实施例
图1示出了本发明实施例锂电池电量测量方法的结构流程图。具体的，本实施例中的锂电池可以应用于汽车中，锂电池的电压范围依据汽车需求进行适配性调整。
如图1所示，本实施例提供了一种锂电池电量测量方法，具体的，该方法包括：
101、获取锂电池初始状态和老化后状态拐点的电量电压。
处理单元获取锂电池初始状态和老化后状态拐点的电量电压，具体的，请参阅图8-9，图8锂电池放电过程中电压电量关系曲线图，其中，存在有曲线拐点，在本实施例中，通过对该曲线进行简化近似处理，从而得到图9中线性关系图，其中，本实施例的拐点即为图9中的线性拐点，可知，锂电池的电压电量关系在拐点前后分别呈两段线性关系，且该线性拐点会根据锂电池的规格、使用状态进行变化。本实施例中，锂电池初始状态和老化后状态拐点的电量电压可以通过实验测量得到。
例如，在锂电池出厂测试时，对初始状态的锂电池样品进行电量电压关系进行测量，从而得到初始状态的锂电池的电压电量关系曲线图，从而获取锂电池初始状态的拐点电量电压。同样的，对锂电池进行老化处理，并对老化后状态的锂电池样品进行电量电压关系进行测量，从而得到老化后状态的锂电池的电压电量关系曲线图，从而获取锂电池老化后状态的拐点电量电压。更为具体的，老化处理的老化模拟时间以年作为老化周期，即老化时间为使用一年、使用两年、使用三年或其他使用年限中的一个或多个获取锂电池的老化后状态。
102、根据初始状态和老化后状态拐点的电量电压和当前电池状态，得到当前电池状态当前拐点电量值和电压值。
处理单元根据初始状态和老化后状态拐点的电量电压和当前电池状态，通过预设规则计算得到当前电池状态的当前拐点电量值和电压值，具体的，通过初始状态和老化后状态拐点的电量电压得出锂电池老化过程中拐点曲线变化，再根据当前电池状态的老化程度，得到当前拐点。
103、获取锂电池瞬时电压值，判断瞬时电压值是否大于当前拐点电压值。
处理单元通过滤波单元对采集到的锂电池真实瞬时电压值进行滤波操作，得到滤波后的瞬时电压值，滤波操作采用多级滤波算法，可以对采集到的电压值的干扰进行去除，从而得到更加有效更加能够代表锂电池当前电压值的瞬时电压值。处理单元再根据瞬时电压值对锂电池的电量进行测量，具体的，由于锂电池的电压电量对应关系在拐点前后存在不同的线性关系，因此，在得出当前拐点后，通过判断瞬时电压值处于当前拐点电压值的前后，从而得出其适用的线性关系。
104、若是，按照第一线性关系计算得到锂电池电量值。
处理单元进行判断，若瞬时电压值大于当前拐点电压值，用瞬时电压值按照第一线性关系进行计算，从而得到锂电池当前的电量值。
105、若否，按照第二线性关系计算得到锂电池电量值。
同样的，处理单元进行判断，若瞬时电压值小于或等于当前拐点电压值，用瞬时电压值按照第二线性关系进行计算，从而得到锂电池当前的电量值。
本方法的好处在于，本方法通过计算得到当前电池状态的当前拐点，并对获取到瞬时电压值进行判断，通过相对应的线性关系计算得到锂电池的当前电量值，从而实现通过锂电池的瞬时电压值准确的预估出电池的电量。本方法首先对电压滤波处理可以得到一个有参考意义的电压值，然后根据电池放电特性曲线，结合电池使用时间，推导出接近真实的电池电量，而不受电池电压跳变和电池使用时间影响，测量简单快速，大大提高了锂电池电量测量的准确性的快速性。
图2示出了本实施例步骤102的具体结构流程图。
在一些实施例中，如图2所示，步骤102具体包括：
201、根据初始状态、老化后状态拐点的电量电压和当前电池状态的电池使用时间，获取当前电池状态拐点的衰减比例参数。
由于在锂电池在老化过程中，其拐点不断变化，且变化与使用时间成正相关，因此，控制单元根据初始状态、老化后状态拐点的电量值和电压值，结合当前电池状态的使用时间，获取当前电池状态拐点的衰减比例常数。
202、根据初始状态、老化后状态的拐点电压值和衰减比例参数，得到当前拐点的电压值。
203、根据初始状态、老化后状态的拐点电量值和衰减比例参数，得到当前拐点的电量值。
综上，可以得到，当前拐点的电压值R获得公式为：
R=R1-t1*(R1-R2)/t2，其中，R1为初始状态拐点的电压值，R2为初始状态拐点的电压值，t1为当前电池状态的电池使用时间，t2为老化后状态的电池模拟使用时间。
当前拐点的电量值S获得公式为：
S=S2-t1*(S2-S1)/t2，其中，S1为初始状态拐点的电量值，S2为初始状态拐点的电压值，t1为当前电池状态的电池使用时间，t2为老化后状态的电池模拟使用时间。
图3示出了本实施例步骤103的具体结构流程图。
在一些实施例中，如图3所示，步骤103中的获取锂电池瞬时电压值具体包括：
301、获取当前锂电池的真实瞬时电压值。
滤波单元通过采集单元获取当前锂电池的真实瞬时电压值，即当前准备车辆的锂电池使用时的电压值，但由于其中存在较多干扰，无法直接进行利用，因此需要通过滤波得到值得参考的瞬时电压值。
302、将真实瞬时电压值进行预设N级滤波，得到锂电池的瞬时电压值。
滤波单元通过多级滤波操作，对真实瞬时电压值进行滤波，
具体的，为了更好的操作体验，提供本实施例多级滤波的具体操作，具体的：
第一级滤波： Y1 =Y1-1 * (1-K1) + Xi * K1 ；其中，Xi 是采集瞬时电压值，Y1是当前一级滤波计算结果，Y1-1是上次一级滤波的滤波结果，K1范围：0<K1<1；
第二级滤波： Y2 = Y2-1 * (1-K2) + Y1 * K2；其中，Y1是上级处理结果电压值，Y2是当前2级滤波计算结果，Y2-1是上次2级滤波的滤波结果，K2范围：0<K2<1；
第N级滤波： Y3n = Y3n-1 * (1-Kn) + Y2n * Kn ；其中，Y2n是上级处理结果的电压值，Y3n是当前三级滤波计算结果，即最终输出结果，Y3n-1是前面三级滤波的滤波结果，Kn范围：0<Kn<1。
函数中，参数n代表滤波级数，用来控制递归处理滤波级数。
具体的，在本实施例中，滤波单元采用三级滤波对真是瞬时电压值进行滤波操作，从而得到用于测量锂电池电量值的瞬时电压值。
图4示出了本实施例步骤301的具体结构流程图。
在一些实施例中，如图4所示，步骤301具体包括：
401、采集锂电池的实时模拟电压值。
采集单元通过采集锂电池的实时模拟电压值，具体的，采集的实时模拟电压值的范围为0-5V模拟量，保证锂电池电压值的有效采集。
402、将实时模拟电压值按照瞬时电压公式计算，得到真实瞬时电压值。
采集单元将实时模拟电压值通过瞬时电压公式计算得到，其中，瞬时电压公式根据采集模拟量公式进行倒推得到。
图5示出了本实施例步骤104的具体结构流程图。
在一些实施例中，如图5所示，步骤104具体包括：
501、获取初始状态和老化后状态拐点前线性参数。
502、根据初始状态和老化后状态拐点前线性参数和当前电池状态，得到当前电池状态第一线性关系的第一线性参数。
锂电池的电压值和电量值在拐点前后呈两段线性关系，且两段线性关系在老化过程中分别呈线性变换。因此，处理单元通过获取初始状态和老化后状态拐点前线性参数，综合计算，获取当前电池状态第一线性关系的第一线性参数。
更为具体的，第一线性参数Cm的获取公式为：
Cm = C1 + t1*(C2 - C1)/t2，其中，C1为初始状态拐点前线性参数，C2为老化后状态拐点前的线性参数，t1为当前电池状态的电池使用时间，t2为老化后状态的电池模拟使用时间。
503、根据满电电量值、瞬时电压值和第一线性参数，计算得到锂电池电量值。
处理单元根据锂电池的满电电压值、瞬时电压值和第一线性参数计算得到锂电池的电量值。具体的，当前拐点前的电量值计算公式为：
当前电量 = 100 - Cm*V，其中，V为锂电池的瞬时电压值。
图6示出了本实施例步骤105的具体结构流程图。
在一些实施例中，如图6所示，步骤105具体包括：
601、获取初始状态和老化后状态拐点后线性参数。
602、根据初始状态和老化后状态拐点后线性参数和当前电池状态，得到当前电池状态第二线性关系的第二线性参数。
603、根据空电电压值、瞬时电压值和第二线性参数，计算得到锂电池电量值。
其中步骤601、602和603与步骤501、502和503相似。
具体的，第二线性参数Cn的获取公式为：
Cn = C3 + t1*(C4 – C3)/t2，其中，C3为初始状态拐点后线性参数，C4为老化后状态拐点后的线性参数，t1为当前电池状态的电池使用时间，t2为老化后状态的电池模拟使用时间。
当前拐点后的电量值计算公式为：
当前电量 = S – Cn*V，其中，V为锂电池的瞬时电压值，S为当前拐点的电量值。
在一些实施例中，第一线性关系的第一线性参数可以根据当前电池状态的满电电压值、当前拐点电量值和电压值计算得到第二线性关系的第二线性参数根据当前电池状态的空电电压值、当前拐点电量值和电压值计算得到。即第一线性参数和第二线性参数直接通过当前拐点的电量值和电压值与满电时的电压值电量值或空电时的电压值电量值进行计算得出。
图7示出了本实施例锂电池电量测量系统的结构框图。
如图7所示，本实施例还提供一种锂电池电量测量系统，具体的，该测量系统包括：
处理单元701，用于对当前电池状态拐点的电量值和电压值进行处理，并根据瞬时电压值计算得到锂电池的电量值；
滤波单元702，用于对实时模拟电压值进行滤波，得到瞬时电压值并将瞬时电压值输出到处理单元701；以及
采集单元703，用于对锂电池的实时模拟电压值进行采集并转换为真实瞬时电压值，并将真实瞬时电压值输出到滤波单元702。
更为具体的，处理单元701、滤波单元702和采集单元703集成在锂电池管理MCU中，用于实现上述的锂电池电量测量方法。
显然，本发明的上述实施例仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种锂电池电量测量方法，其特征在于，该测量方法包括：
获取锂电池初始状态和老化后状态拐点的电量电压；
根据初始状态、老化后状态拐点的电量电压和当前电池状态的电池使用时间，获取当前电池状态拐点电量值和电压值的衰减比例参数；
根据初始状态、老化后状态的拐点电压值和电压值的衰减比例参数，得到当前拐点的电压值；
根据初始状态、老化后状态的拐点电量值和电量值的衰减比例参数，得到当前拐点的电量值；
获取锂电池瞬时电压值，判断瞬时电压值是否大于当前拐点电压值；
若是，获取初始状态和老化后状态拐点前线性参数，根据初始状态和老化后状态拐点前线性参数和当前电池状态，得到当前电池状态第一线性关系的第一线性参数，根据满电电压值、瞬时电压值和第一线性参数，计算得到锂电池电量值；
若否，获取初始状态和老化后状态拐点后线性参数，根据初始状态和老化后状态拐点后线性参数和当前电池状态，得到当前电池状态第二线性关系的第二线性参数，根据空电电压值、瞬时电压值和第二线性参数，计算得到锂电池电量值。
2.根据权利要求1所述的锂电池电量测量方法，其特征在于，所述获取锂电池瞬时电压值包括：
获取当前锂电池的真实瞬时电压值；
将真实瞬时电压值进行预设N级滤波，得到锂电池的瞬时电压值。
3.根据权利要求2所述的锂电池电量测量方法，其特征在于，所述获取当前锂电池的真实瞬时电压值包括：
采集锂电池的实时模拟电压值；
将实时模拟电压值按照瞬时电压公式计算，得到真实瞬时电压值。
4.根据权利要求2所述的锂电池电量测量方法，其特征在于，所述预设N级滤波为三级滤波。
5.根据权利要求1所述的锂电池电量测量方法，其特征在于，所述锂电池的老化后状态为锂电池在初始状态使用一定时间后的状态。
6.一种锂电池电量测量系统，其特征在于，包括：
处理单元，用于对当前电池状态拐点的电量值和电压值进行处理，并根据瞬时电压值计算得到锂电池的电量值；
滤波单元，用于对真实瞬时电压值进行滤波，得到瞬时电压值并将瞬时电压值输出到处理单元；以及
采集单元，用于对锂电池的实时模拟电压值进行采集并转换为真实瞬时电压值，并将真实瞬时电压值输出到滤波单元；
处理单元、滤波单元和采集单元集成在锂电池管理MCU中，用于实现权利要求1-5任一项所述的锂电池电量测量方法。
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