CN116864834A - 电动设备及其电池电量管理方法和系统 - Google Patents

电动设备及其电池电量管理方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电动设备的电池电量管理方法，包括：确定电池的当前电量；获取所述电池的历史工况参数；根据所述电池的历史工况参数确定所述电池的容量衰减量；根据所述电池的当前电量和所述容量衰减量确定所述电池当前的可用剩余电量；以及输出所述可用剩余电量。上述电动设备的电池电量管理方法，在确定出电池的当前电量后，会根据电池的历史工况参数来确定电池的容量衰减量，从而根据当前电量和容量衰减量准确确定实际能够供用户使用的可用剩余电量。本发明还提供一种电动设备及其电池电量管理系统。

Description

电动设备及其电池电量管理方法和系统
本申请是申请人于2017年4月27日申请的发明名称为“电动设备及其电池电量管理方法和系统”，申请号为201710288201.X的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及测量技术领域，特别是涉及一种电动设备及其电池电量管理方法和系统。
背景技术
电动设备通常由自身的储能电池供电进行工作。传统的电动设备通常通过采集电池电压的方法来显示当前的电池电量。这种方法得到的电池电量极不准确，不能满足人们的使用需求。
发明内容
基于此，有必要提供一种能够准确获得剩余电量的电动设备及其电池电量管理方法和系统。
一种电动设备的电池电量管理方法，包括：确定电池的当前电量；获取所述电池的历史工况参数；根据所述电池的历史工况参数确定所述电池的容量衰减量；根据所述电池的当前电量和所述容量衰减量确定所述电池当前的可用剩余电量；以及输出所述可用剩余电量。
上述电动设备的电池电量管理方法，在确定出电池的当前电量后，会根据电池的历史工况参数来确定电池的容量衰减量，从而根据当前电量和容量衰减量准确获得实际能够供用户使用的可用剩余电量，满足用户的使用需求。
在其中一个实施例中，所述电池的历史工况参数包括充放电次数、充电倍率、充电截止电压、放电电流、放电截止电压和电池温度中的至少一种参数。
在其中一个实施例中，还包括预先存储所述电池的历史工况参数与容量衰减量的对应关系的步骤；所述根据所述电池的历史工况参数确定所述电池的容量衰减量的步骤为，根据所述对应关系确定所述容量衰减量。
在其中一个实施例中，所述确定电池的当前电量的步骤包括：计算电池的充电电量；所述电池的充电电量等于充电电流对时间积分的结果再乘以充电效率；根据电池充电前的电量和所述充电电量确定电池的总电量；计算电池的放电电量；所述电池的放电电量等于放电电流对时间的积分；根据所述电池的总电量和所述放电电量确定所述电池的当前电量。
在其中一个实施例中，还包括步骤：获取所述电池当前的放电电流；根据所述放电电流和所述可用剩余电量计算所述电动设备在当前工况下的可持续工作时间；以及显示所述可持续工作时间。
一种电动设备的电池电量管理系统，包括：当前电量确定模块，用于确定电池的当前电量；历史工况参数获取模块，用于获取电池的历史工况参数；容量衰减量确定模块，与所述历史工况参数获取模块连接，用于根据所述电池的历史工况参数确定所述电池的容量衰减量；可用剩余电量计算模块，分别与所述当前电量确定模块和所述容量衰减量确定模块连接，用于根据所述电池的当前电量和所述容量衰减量确定所述电池当前的可用剩余电量；以及输出模块，与所述可用剩余电量计算模块连接，用于输出所述可用剩余电量。
在其中一个实施例中，还包括存储模块；所述存储模块用于预先存储所述电池的历史工况参数与容量衰减量的对应关系；所述可用剩余电量计算模块用于根据所述对应关系确定所述容量衰减量。
在其中一个实施例中，所述当前电量确定模块包括：充电电量计算单元，用于计算电池的充电电量；所述电池的充电电量等于充电电流对时间积分的结果再乘以充电效率；总电量确定单元，与所述充电电量计算单元连接，用于根据电池充电前的电量和所述充电电量确定电池的总电量；放电电量计算单元，用于计算电池的放电电量；所述电池的放电电量等于放电电流对时间的积分；以及当前电量确定单元，分别与所述总电量确定单元、所述放电电量计算单元连接，用于根据所述电池的总电量和所述放电电量确定所述电池的当前电量。
在其中一个实施例中，还包括：电流检测模块，用于检测所述电池当前的放电电流；可持续工作时间计算模块，用于根据所述放电电流和所述可用剩余电量计算所述电动设备在当前工况下的可持续工作时间；以及显示模块，用于显示所述可持续工作时间。
一种电动设备，包括设备本体，其特征在于，还包括前述任一实施例所述的电池电量管理系统。
附图说明
图1为一实施例中的电动设备的电池电量管理方法的流程图；
图2为图1中的步骤S110的具体流程图；
图3为图1中的电动设备的电池的恒流源原理框图；
图4为另一实施例中的电动设备的电池电量管理方法的流程图；
图5为一实施例中的电动设备的电池电量管理系统的原理框图；
图6为图5中的当前电量确定模块的原理框图。
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。
图1为一实施例中的电动设备的电池电量管理方法的流程图。该电动设备可以包括所有通过自身储能电池进行供电以维持自身工作的设备。例如，该电动设备可以为手机、平板、计算机等数码设备，也可以为电钻、割草机、电锯等电动工具。电动设备内的电池为可充电锂电池。参见图1，该方法包括以下步骤：
步骤S110，确定电池的当前电量。
在本实施例中，确定电池的当前电量的步骤包括以下子步骤，如图2所示。
步骤S210，计算电池的充电电量。
锂电充电器一般是CC/CV充电，其恒流源原理框图如图3所示。充电电池的充电电量Qc等于充电电流I对时间t积分的结果再乘以充电效率η，如下式：
步骤S220，根据电池充电前的电量和该充电电量确定电池的总电量。
电池的总电量Qt等于电池充电前的电量也即上一次的剩余电量Qr和充电电量Qc之和，如下式：
步骤S230，计算电池的放电电量。
放电电量和充电电量的计算方式相同，采用放电电流对时间的积分结果作为实时的放电电量Qd。
步骤S240，根据电池的总电量和该放电电量确定电池的当前电量。
电池的当前电量等于电池的总电量Qt减去实时的放电电量Qd。
采用这种方式确定的当前电量具有较高的准确度。
步骤S120，获取电池的历史工况参数。
电池的历史工况参数包括充放电次数、充电倍率、充电截止电压、放电电流、放电截止电压和电池温度中的至少一种参数。其中，充电倍率、充电截止电压、放电电流、放电截止电压和电池温度均为对应于历史充放电过程中的充放电参数。可以根据实际需要的控制精确度来对各参数进行选择。在一实施例中，可以同时获取上述参数以确定电池的容量衰减量。
步骤S130，根据电池的历史工况参数确定电池的容量衰减量。
根据电池的历史工况参数例如电池的充放电次数和环境温度等确定电池的容量衰减量。在本实施例中，会预先存储电池的历史工况参数与容量衰减量的对应关系。对应关系可以以表格形式进行存储，也可以通过数学模型进行存储。该对应关系可以通过模拟仿真实验测试进行获取。
步骤S140，根据电池的当前电量和容量衰减量确定电池当前的可用剩余电量。
根据电池的当前电量和容量衰减量来确定电池当前的可用剩余电量，可以确保实际获得的可用剩余电量为实际用户所能够使用的电量，能够满足用户使用需求且准确度较高。
步骤S150，输出可用剩余电量。
可用剩余电量可以直接输出处理模块进行相关的处理，以进一步获取其他目标参数，例如可持续工作时间等。在一实施例中，可用剩余电量也可以通过显示模块进行输出，从而供用户直观的查看电动设备的可用剩余电量。由于可用剩余电量的精准度较高，从而使得用户能够精确了解电动设备的可用剩余电量情况，以便用户对用电进行提前规划，满足用户的使用需求。
上述电动设备的电池电量管理方法，在确定出电池的当前电量后，会根据电池的历史工况参数如电池历史充放电过程中的环境温度、电池充放电次数以及放电电流等来确定电池的容量衰减量，从而根据当前电量和容量衰减量准确确定实际能够供用户使用的可用剩余电量。也即，上述方法会根据电池的使用时间(对应于充放电次数)和历史使用环境(对应于环境温度)来确定实时的可用剩余电量，从而使得该可用剩余电量的值相对较为准确，能够满足用户的实际使用需求。
在一实施例中，上述方法在前述实施例的基础上还包括步骤S410～S430，如图4所示。
步骤S410，获取电池当前的放电电流。
通过电流传感器等检测设备对电池当前的放电电流进行检测。在一实施例中，电池的放电电流处于变化状态，因此可以统计预设时间间隔内的放电电流的平均值作为该电池的放电电流。预设时间间隔可以设置为1～10s。预设时间间隔过短会导致显示太快，数据频繁跳动眼睛看不清。
步骤S420，根据放电电流和可用剩余电量计算电动设备在当前工况下的可持续工作时间。
根据当前的放电电流以及可用剩余电量即可估算在当前工况下电池的可持续供能时间，也即电动设备的可持续工作时间。由于可用剩余电量的准确度较高，从而可以确保可持续工作时间也较为精准。并且，可持续工作时间会根据放电电流的变化也即负载的变化而做实时更新，实时性较好，能更好的满足用户的使用需求。
步骤S430，显示该可持续工作时间。
根据显示的可持续工作时间，用户可以知晓电池的使用情况，从而对后续工作做提前规划和布局，满足用户的使用需求。在本实施例中，电动设备可以单独显示可持续工作时间，也可以同时对可持续工作时间和可用剩余电量进行显示。
本发明实施例还提供一种电动设备的电池电量管理系统，其结构框图如图5所示。该电池电量管理系统包括当前电量确定模块510、历史工况参数获取模块520、容量衰减量确定模块530、可用剩余电量计算模块540和输出模块550。
当前电量确定模块510用于确定电池的当前电量。在一实施例中，当前电量确定模块510包括充电电量计算单元610、总电量确定单元620、放电电量计算单元630和当前电量确定单元640，如图6所示。其中，充电电量计算单元610用于计算电池的充电电量。电池的充电电量等于充电电流对时间积分的结果再乘以充电效率。总电量确定单元620与充电电量计算单元610连接，用于根据电池充电前的电量和充电电量确定电池的总电量。放电电量计算单元630用于计算电池的放电电量。电池的放电电量等于放电电流对时间的积分。当前电量确定单元640分别与总电量确定单元620、放电电量计算单元630连接，用于根据电池的总电量和放电电量确定电池的当前电量。采用上述结构的当前电量确定模块510确定的当前电量具有较高的准确度。
历史工况参数获取模块520用于获取电池的历史工况参数。电池的历史工况参数包括充放电次数、充电倍率、充电截止电压、放电电流、放电截止电压和电池温度中的至少一种参数。故，历史工况参数获取模块520内可以设置相应的历史工况参数采集单元，例如设置充放电次数统计单元以及温度检测单元等。
容量衰减量确定模块530与历史工况参数获取模块520连接。容量衰减量确定模块530用于根据历史工况参数获取模块520获取到的历史工况参数如充放电次数和环境温度确定电池的容量衰减量。在一实施例中，该系统还包括存储模块560。存储模块560用于电池的历史工况参数与容量衰减量的对应关系。因此，容量衰减量确定模块530可以根据该对应关系确定当前工况下的容量衰减量。
可用剩余电量计算模块540分别与当前电量确定模块510和容量衰减量确定模块530连接，用于根据电池的当前电量和容量衰减量确定电池当前的可用剩余电量。根据电池的当前电量和容量衰减值确定电池当前的可用剩余电量，可以确保实际获得的可用剩余电量为实际用户所能够使用的电量，能够满足用户使用需求且准确度较高。
输出模块550与可用剩余电量计算模块540连接，用于输出该可用剩余电量。输出模块550可以为传输装置，用于将可用剩余电量计算模块540计算得到的可用剩余电量输出给其他处理模块进行进一步的处理，以得到相应的目标参数。在一实施例中，输出模块550也可以为显示模块，以对该可用剩余电量进行显示。显示模块可以为LED显示屏、LCD显示屏，也可以为电量指示灯。
上述电动设备的电池电量管理系统，在确定出电池的当前电量后，会根据电池的历史工况参数如电池历史充放电过程中的环境温度、电池充放电次数以及放电电流等来确定电池的容量衰减量，从而根据当前电量和容量衰减量准确确定实际能够供用户使用的可用剩余电量。也即，上述系统会根据电池的使用时间(对应于充放电次数)、历史使用环境(对应于环境温度)以及负载的大小情况(对应于放电电流)来确定实时的可用剩余电量，从而使得该可用剩余电量的值相对较为准确，能够满足用户的实际使用需求。
在另一实施例中，上述电池电量管理系统还包括可持续工作时间计算模块570、电流检测模块580和显示模块590，如图5所示。可持续工作时间计算模块570分别与可用剩余电量计算模块540、电流检测模块580连接。电流检测模块730用于检测电池当前的放电电流。电流检测模块730可以通过电流传感器等检测设备来实现。可持续工作时间计算模块570用于根据放电电流和可用剩余电量计算所述电动设备在当前工况下的可持续工作时间。由于可用剩余电量的准确度较高，从而可以确保可持续工作时间也较为精准。并且，可持续工作时间会根据放电电流的变化也即负载的变化而做实时更新，实时性较好，能更好的满足用户的使用需求。显示模块590用于显示该可持续工作时间。在本实施例中，显示模块590可以单独显示可持续工作时间，也可以同时对可持续工作时间和可用剩余电量进行显示。
根据显示模块590显示的可持续工作时间，用户可以知晓电池的使用情况，从而对后续工作做提前规划和布局，可以很好满足用户的使用需求。
本发明实施例还提供一种电动设备。该电动设备包括设备本体以及前述任意实施例所述的电池电量管理系统。通过该电池电量管理系统，用户可以准确获知电动设备的实际可用剩余电量以及可持续工作时间。例如，电钻可以钻多少孔，割草机可以割多久的草，修多久枝叶等等，从而方便用户进行工作安排。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种电动设备的电池电量管理方法，包括：
确定电池的当前电量；
获取所述电池的历史工况参数；
根据所述电池的历史工况参数确定所述电池的容量衰减量；
根据所述电池的当前电量和所述容量衰减量确定所述电池当前的可用剩余电量；
输出所述可用剩余电量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述电池的历史工况参数包括充放电次数、充电倍率、充电截止电压、放电电流、放电截止电压、电池温度和环境温度中的至少一种参数。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述根据所述电池的历史工况参数确定所述电池的容量衰减量的步骤包括：
根据所述电池温度、充放电次数以及充电倍率，确定所述电池的容量衰减量。
4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，
所述方法还包括：
根据预先存储的所述电池的历史工况参数与容量衰减量的对应关系，
确定所述容量衰减量。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述确定电池的当前电量的步骤包括：
计算电池的充电电量；
所述电池的充电电量等于充电电流对时间积分的结果再乘以充电效率；
根据电池充电前的电量和所述充电电量确定电池的总电量；
计算电池的放电电量；所述电池的放电电量等于放电电流对时间的积分；
根据所述电池的总电量和所述放电电量确定所述电池的当前电量。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取所述电池当前的放电电流；
根据所述放电电流和所述可用剩余电量计算所述电动设备在当前工况下的可持续工作时间；以及
显示所述可持续工作时间。
7.一种电动设备的电池电量管理系统，其特征在于，包括：
当前电量确定模块，用于确定电池的当前电量；
历史工况参数获取模块，用于获取电池的历史工况参数；
容量衰减量确定模块，与所述历史工况参数获取模块连接，用于根据所述电池的历史工况参数确定所述电池的容量衰减量；
可用剩余电量计算模块，分别与所述当前电量确定模块和所述容量衰减量确定模块连接，用于根据所述电池的当前电量和所述容量衰减量确定所述电池当前的可用剩余电量；以及，
输出模块，与所述可用剩余电量计算模块连接，用于输出所述可用剩余电量。
8.根据权利要求7所述的电池电量管理系统，其特征在于，还包括存储模块；
所述存储模块用于预先存储所述电池的历史工况参数与容量衰减量的对应关系；
所述可用剩余电量计算模块用于根据所述对应关系确定所述容量衰减量。
9.根据权利要求7所述的电池电量管理系统，其特征在于，
所述当前电量确定模块包括：
充电电量计算单元，用于计算电池的充电电量；所述电池的充电电量等于充电电流对时间积分的结果再乘以充电效率；
总电量确定单元，与所述充电电量计算单元连接，用于根据电池充电前的电量和所述充电电量确定电池的总电量；
放电电量计算单元，用于计算电池的放电电量；所述电池的放电电量等于放电电流对时间的积分；以及
当前电量确定单元，分别与所述总电量确定单元、所述放电电量计算单元连接，用于根据所述电池的总电量和所述放电电量确定所述电池的当前电量。
10.根据权利要求7所述的电池电量管理系统，其特征在于，还包括：
电流检测模块，用于检测所述电池当前的放电电流；
可持续工作时间计算模块，用于根据所述放电电流和所述可用剩余电量计算所述电动设备在当前工况下的可持续工作时间；以及
显示模块，用于显示所述可持续工作时间。
11.一种电动设备，包括设备本体，其特征在于，还包括如权利要求7～10任一所述的电池电量管理系统。
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