專利名稱：鋰電池電量的計量方法和計量裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及電子領域，具體而言，涉及一種鋰電池電量的計量方法和計量裝置。
背景技術：
電量計根據應用目的分為用于電池計量的電池計量電量計和面向應用的電池應用電量計。電池活化后即開始逐漸老化。電池的壽命僅僅是對容量下降的表達，對一個具體應用的影響并不直觀。電池應用電量計從電池供電系統的用戶角度出發，反映在應用系統中電池狀況的電量計。目前使用的電量計大都是從電池計量電量計發展而來的，電量計本身以電池計量特性為主。通常是由一個自帶微處理器的系統級芯片單獨完成電量計算，獨立進行定時、采集和計算等功能，把電池的計量數據結果提供給宿主系統。宿主系統將上述計量數據結構根據應用電量計的不同要求轉換成電池應用電量計。圖1是現有電池應用系統的硬件構造示意圖。該電路有多種不同的分割或組合，在現有技術中，MAX17047等芯片是包括專用處理器和電量及相關測量單元的單顆集成電路，而大多手機中利用的是應用處理器和ADC實現的電壓分段電量計。其中，充電電路單元特指鋰離子或鋰離子聚合物二次電池的充電電路中與充電有關的部分。電池電路單元特指鋰離子或鋰離子聚合物二次電池的保護電路和均衡電路。電量計專屬測量單元用于電量計量的測量電路。宿主系統是寄生電量計完成其軟硬件功能所依賴的外部系統。電量計分為基于電量累計積分分析的電量計、基于電池端電壓時序分析的電量計以及基于即時電壓測量的電量計。其中，基于電量累計積分分析的電量計的應用實例為美國德州儀器公司TI公司的BQ34Z100產品，基于電池端電壓時序分析的電量計的應用實例為MAXM公司的MAX17047。以上電量計的算法有TI的內阻跟蹤算法(ImpedanceTracking ,可參考TI的公開資料SLUA375和SLYP086)和MAXM的模型估算算法(ModeIGauge ，可參考MAXM的公開資料AN4799和MAX17047產品數據手冊)，這些電量計均需要基于自帶微處理器的系統級芯片，對硬件的依賴性強，硬件要求高、軟硬件關聯強，導致耗電大、電路成本高?；陔妷簻y量的電量計也就是手機常見的電壓分段電量計，結構簡潔并不依賴于特定的硬件結構，但是電壓分段電量計僅能提供示意性電量指示，不能提供完整的電量計參數估計。以電荷充放電總量記錄分析、連續電壓電流記錄和僅連續電壓記錄為基礎數據的算法，對硬件要求高、軟硬件關聯強，導致耗電大、成本高，或者，自校準狀態俘獲困難。針對現有技術的鋰電池電量的計量依賴于累計充放電電量積分單元，電路成本高耗電大的問題，目前尚未提出有效的解決方案。
發明內容
本發明旨在提供一種鋰電池電量的計量方法和計量裝置，以解決現有技術中鋰電池電量的計量依賴于累計充放電電量積分單元問題。
為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種鋰電池電量的計量方法。該鋰電池電量的計量方法包括獲取電池電壓序列樣本；從電池電壓序列樣本中提取穩態電池電壓和穩態電池電壓對應的電壓變化率；利用穩態電池電壓和電壓變化率作為索引在第一三維存儲空間內查詢得出對應的電池充滿程度，其中，第一三維存儲空間內存儲有第一曲面，第一曲面為穩態電池電壓、電池穩態電壓變化率、電池充滿程度的對應關系曲面。進一步地，從電池電壓序列樣本中提取穩態電池電壓包括剔除電池電壓序列中的偏畸點的電壓數據，將以該偏畸點為中心間隔預定時間段內的電壓平均值作為該偏畸點的電壓值；以剔除偏畸點電壓數據后的電池電壓序列為基礎計算得到穩態電池電壓。進一步地，電池電壓序列中的偏畸點的確定步驟包括計算以第一電壓數據點為中心間隔預定時間內的電壓值的平均值，并計算第一電壓數據點的電壓值與平均值的差值，其中第一電壓數據點為電池電壓序列樣本中的數據點；判斷差值是否超出預設門限值，當差值大于預設門限值時，確定第一電壓數據點為偏畸點。進一步地，在利用穩態電池電壓和電壓變化率作為索引在第一三維存儲空間內查詢對應的電池充滿程度之后還包括根據當前的放電曲線和預計的負載情況計算預期續航時間。進一步地，根據當前的放電曲線和預計的負載情況計算預期續航時間包括按照當前的放電曲線和預計的負載情況選擇放電樣條矢量；利用放電樣條矢量生成預期放電曲線；利用預期放電曲線中電池電壓與電池電壓變化率的對應關系由相鄰電壓數據點的電壓下降值計算得到預期續航時間。進一步地，放電樣條矢量包括預設負載情況下表達為穩態電阻放電、恒流放電、恒功率放電三種放電類型的樣條函數。進一步地，在根據當前的放電曲線和預計的負載情況計算預期續航時間之后還包括輸出電量計的計量結果，該計量結果包括以下至少一項電池充滿程度、預期續航時間。進一步地，在輸出電量計的計量結果之前還包括對計量結果進行數據修飾，進行數據飾的方法包括以下至少一種對計量結果進行平滑處理、對計量結果進行單調修飾、對計量結果進行善意表達修飾。進一步地，在獲取電池電壓序列樣本之前還包括確定鋰電池所在的應用系統中所能提供的電池狀態參數，并利用電池狀態參數對第一曲面進行初始化，電池狀態參數包括以下中的一項或多項外接電源狀態、充電電路啟動標記、電池均衡標記、負載功率模式、電池延續狀態、恒流狀態標記、實時充電電流、充電電流序列、溫度范圍標記、電池充滿標記、電量計時間、電池電壓序列。進一步地，在獲取電池電壓序列樣本之后還包括利用電池電壓序列計算變調率，將該變調率作為種子參數；使用種子參數對第一曲面進行自校準。進一步地，使用種子參數對第一曲面進行自校準包括獲取第一三維存儲空間內存儲的第一曲面，并將該第一曲面作為餌曲面；使用種子參數對餌曲面進行擬合計算，利用擬合計算后的餌曲面在索引位置上的參數值生成新的曲面，將新生成的曲面作為自校準后的第一曲面。進一步地，利用電池電壓序列計算變調率包括按照電池電壓序列確定電壓升降的趨勢；按照趨勢利用直線基函數對電池電壓序列進行擬合，得到擬合直線基函數；在擬合直線基函數中查找銜接出現突變的點作為校準變調率的種子節點；利用種子節點兩側的直線基函數的電壓值計算變調率。根據本發明的另一個方面，提供了一種鋰電池電量的計量裝置。該鋰電池電量的計量裝置包括電壓序列獲取模塊，用于獲取電池電壓序列樣本；穩態電壓提取模塊，用于從電池電壓序列樣本中提取穩態電池電壓和穩態電池電壓對應的電壓變化率；電池充滿程度查詢模塊，用于電池電量利用穩態電池電壓和電壓變化率作為索引在第一三維存儲空間內查詢得出對應的電池充滿程度，其中，第一三維存儲空間內存儲第一曲面，第一曲面為穩態電池電壓、電池穩態電壓變化率、電池充滿程度的對應關系曲面。進一步地，該鋰電池電量的計量裝置還包括續航時間預測模塊，用于根據當前的放電曲線和預計的負載情況計算預期續航時間。進一步地，該鋰電池電量的計量裝置還包括第一曲面初始化模塊，用于確定鋰電池所在的應用系統中所能提供的電池狀態參數，并利用電池狀態參數對第一曲面進行初始化，電池狀態參數包括以下 中的一項或多項外接電源狀態、充電電路啟動標記、電池均衡標記、負載功率模式、電池延續狀態、恒流狀態標記、實時充電電流、充電電流序列、溫度范圍標記、電池充滿標記、電量計時間、電池電壓序列。進一步地，該鋰電池電量的計量裝置還包括第一曲面自校準模塊，用于利用電池電壓序列計算變調率，將該變調率作為種子參數；使用種子參數對第一曲面進行自校準。應用本發明的技術方案，本發明的技術方案是基于歸一化到單節電池的穩態變化電壓Ns、電壓穩態變化率dVs和電量充滿程度SOC關系的方案。該方案以穩態電壓變化率Vs作為索引，在電池穩態電壓變化率dVs (放電記為正變化率，充電為負變化率)、電池穩態端電壓、電池充滿程度SOC的三維空間Σ內確定電池充放電特性和參數，是基于宿主系統計算能力的算法設計，不是基于累計充放電電量積分的設計、不要求特定硬件支持，成本低、耗電小，提供完整的面向應用需要的參數。
構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中圖1是現有電池應用系統的硬件構造示意圖；圖2是根據本發明實施例的鋰電池電量的計量裝置的示意圖；圖3是根據本發明實施例的鋰電池電量的計量裝置中第一三維存儲空間的示意圖；圖4是根據本發明實施例的鋰電池電量的計量裝置中第一三維存儲空間第一曲面α與曲線ε的關系圖；圖5是根據本發明實施例中鋰電池電量的計量裝置中不同負載特性對應的電壓變化率與電池充滿程度SOC的關系曲線；圖6是根據本發明實施例的鋰電池電量的計量方法的示意圖；圖7是根據本發明實施例的優選的鋰電池電量的計量方法中變調率矢量與δ曲面的關系圖8A是根據本發明實施例的優選的鋰電池電量的計量方法中第一種計算變調率的不意圖；圖SB是根據本發明實施例的優選的鋰電池電量的計量方法中第二種計算變調率的不意圖；圖9是根據本發明實施例的優選的鋰電池電量的計量方法中電壓序列以及得出的穩態電壓變化的示意圖；圖10是根據本發明實施例的優選的鋰電池電量的計量方法中利用預期放電曲線估算續航時間的示意·
圖11是根據本發明實施例的優選的電池電量的計算方法中接近最低工作電壓時的善意表達修飾的示意圖。
具體實施例方式需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發明。本發明實施例提供了一種鋰電池電量的計量裝置，圖2是根據本發明實施例的鋰電池電量的計量裝置的示意圖，該鋰電池電量的計量裝置包括電壓序列獲取模塊21，用于獲取電池電壓序列樣本；穩態電壓提取模塊23，用于從電池電壓序列樣本中提取穩態電池電壓和穩態電池電壓對應的電壓變化率；電池充滿程度查詢模塊25，用于電池電量利用穩態電池電壓和電壓變化率作為索引在第一三維存儲空間內查詢對應的電池充滿程度，其中，第一三維存儲空間內存儲第一曲面，第一曲面為穩態電池電壓、電池穩態電壓變化率、電池充滿程度的對應關系曲面。以上電池電壓序列可以表示為DStv[q]序列，DStv (Data String of time andvoltage)是指帶有時間戳的、以q為索引的一個電池端電壓樣本數據序列。該電池電壓由電量計相關測量單元生成并緩存，由宿主系統讀取并拼接產生的、帶有時間戳的時間序列電壓值。此序列包括在系統工作期間產生的片段，也可以包括系統停止工作后產生的片段。電池充滿程度(SOC，State of Charge)是指某個時刻電池的化學電量相對于其實有電量容量的相對比例，電壓穩態變化率dVs以穩定恒流對電池充放電時經過足夠長的穩定后，電池端電壓的變化率。本發明的技術方案是基于歸一化到單節電池的穩態變化電壓Ns、電壓穩態變化率dVs和電量充滿程度SOC關系的方案。該方案以穩態電壓變化率Vs作為索引，在電池穩態電壓變化率dVs(放電記為正變化率，充電為負變化率)、電池穩態端電壓、電池充滿程度SOC的三維空間Σ內確定電池充放電特性和參數，是基于宿主系統計算能力的算法設計，不是基于累計充放電電量積分的設計、不要求特定硬件支持，成本低、耗電小，提供完整的面向應用需要的參數。上述第一三維存儲空間Σ空間中，X軸為電壓穩態變化率(V/s)，Y軸代表電量充滿程度SOC (%)，Z為電池端電壓(V)，圖3是根據本發明實施例的鋰電池電量的計量裝置中第一三維存儲空間的示意圖，其中ZY平面上的曲線即靜態開路電壓OCV和電池充滿狀態SOC的關系曲線ε ;該曲線是鋰電池的標準特性數據，一般包括了常規的每節4.1V和每節4. 2V最高充電電壓的情況和按照JEITA/BJA推薦的充電電壓提高的情況。把一個應用系統充放電時的穩態電池電壓、對應的SOC和電壓變化率在Σ空間內表達為第一曲面α，則確定該曲面即可從某個時刻的穩態電池電壓和電壓變化率得到對應的S0C。靜態開路電壓(0CV,0pen CircuitVoltage)是指電池在無輸出靜置一段時間后的端電壓。在負載相對足夠小、穩定時間足夠長、其后在一定時間之內端電壓變化足夠小情況下，其電池的端電壓即可被認為是靜態開路電壓。所謂足夠小是相對于電池電量計量的精確度而言的。圖3中出現的JEITA/BAJ具體含義為=JEITA為日本電子及信息技術協會，BAJ為日本電池協會；這兩個機構均為在世界范圍內得到廣泛認可的行業協會。這兩個組織2007年8月發布的使用建議是最新的、第三方發布的建議；該建議包括了在三個不同溫度范圍內以不同最高充電電壓充電的建議，這影響到電池的可利用電量的計量。圖4示出了第一曲面α與曲線ε的關系，曲面E是ε曲線沿X方向的展開，α曲面與其在YZ平面的交匯線即ε曲線。在偏離YZ平面的位置，α曲面被認為是E曲面因負載調制和電池DC內阻的變化引起的沿Z方向的伸展或壓縮。無論是負載調制還是電池的DC內阻都沒有發現突變的機制，所以α曲線的沿YZ剖線為ε曲線的彈性變換。α曲面則可以用XY平面上稀疏網格點上的縮放比例來描述和生成整個曲面。如圖4中XY平面上示意的稀疏網格VN
XVN[5]。這個稀疏網格在Y上的索引點選擇為ε曲線的折線端點VN
;X軸上的索引點集VN[5]則與電池的放電速度有關，例如可選擇比充放電電流為
0.1C、0. 2C、0. 5C和IC時 在3. 8V時對應的典型電壓下降速度作為索引點，如每分鐘O. 6mV、
1.2mV、3mV和6mV。其中上述負載調制是指在相同電池充滿程度SOC情況下，電池負載不同導致電池端電壓不同的現象。穩態電壓提取模塊23從電池電壓序列樣本中提取穩態電池電壓的步驟具體可以包括剔除電池電壓序列中的偏畸點的電壓數據，將以該偏畸點為中心間隔預定時間段內的電壓平均值作為該偏畸點的電壓值；以剔除偏畸點電壓數據后的電池電壓序列為基礎計算得到穩態電池電壓。其中，電池電壓序列中的偏畸點的確定步驟包括計算以第一電壓數據點為中心間隔預定時間內的電壓值的平均值，并計算第一電壓數據點的電壓值與平均值的差值，其中第一電壓數據點為電池電壓序列樣本中的數據點；判斷差值是否超出預設門限值，當差值大于預設門限值時，確定第一電壓數據點為偏畸點。上述預設門限值可以作為電量計算和數據修飾參數組的一部分以輸入參數的方式進行預設。優選地，本實施例的鋰電池電量的計量裝置還可以包括續航時間預測模塊，用于根據當前的放電曲線和預計的負載情況計算預期續航時間。該續航時間預測模塊的具體工作步驟可為按照當前的放電曲線和預計的負載情況選擇放電樣條矢量；利用放電樣條矢量生成預期放電曲線；利用預期放電曲線中電池電壓與電池電壓變化率的對應關系由相鄰數據點的電壓下降值計算得到預期續航時間。上述放電樣條矢量可以包括預設負載情況下表達為穩態電阻放電、恒流放電、恒功率放電三種放電類型的樣條函數。本發明的實施例的鋰電池電量的計量裝置把負載分為穩定電阻、恒流和恒功率三個類型的并聯，導出以每個類型負載放電時的電池端電壓電壓變化率與靜態開路電壓OCV電壓的關系做為放電曲線的3個樣條曲線，然后把一條實際的放電曲線在XY平面上的投影分解成到3個樣條的負載特性表達方法。圖5是根據本發明實施例中不同負載特性對應的電壓變化率與電池充滿程度SOC的關系曲線，在圖中，穩定電阻負載的放電速度與電池電壓成正比，其在XY平面上表達的變化率與SOC的投影放電曲線CR的輪廓與OCV-SOC曲線一致，可以由OCV-SOC曲線以Y為軸順時針旋轉90°得到。恒流負載放電的投影樣條曲線CC由OCV-SOC的斜率曲線求反后旋轉到XY平面得到。恒功率負載放電的投影樣條函數CP由恒流負載放電的投影樣條函數與OCV-SOC曲線的倒數相乘導出。較大負載對應沿X方向的線性拉伸，反之沿X向Y軸線性壓縮。進行負載特性評估需要假設負載特性在一定時間里是穩定的，可以在第一三維空間Σ空間的電壓序列記錄DStv中尋找較長和較穩定的序列，將其投影到XY平面后計算得到表達為3個樣條函數的放電樣條矢量Γ (P，C，R) [η]，其中η代表某種預設的負載變化。每個Γ矢量對應著一種條件下α曲面上的一條中心放電曲線υ 個特定系統具有的多個υ曲線的集組成T(U)放電曲線簇。以上參數的含義具體為CP曲線以恒功率放電時，在第一三維空間Σ空間電池端電壓的變化樣式在XY平面上的投影曲線。CC曲線以恒電流放電時，在Σ空間中電池端電壓的變化樣式在XY平面上的投影曲線。CR曲線以恒電阻放電時，在Σ空間中電池端電壓的變化樣式在XY平面上的投影曲線。u曲線，把DStv[q]電壓序列在α曲面上做平滑得到的放電軌跡分布中心曲線；以其在XY平面的投影和XZ平面的投影表達和利用。T(U)放電曲線簇是從Ψ空間內所有記錄得到的一組υ曲線。Γ (P，C，R)[η]樣條矢量是通過擬合把T(U)表達為CP、CR、CR曲線基函數組合，表達特定系統放電式樣的樣條。Γ樣條矢量由其在在CP、CC和CR三個基函數的分量系數P、C和R組成，與負載系統的功率模式識別值η有關。
本發明的實施例的鋰電池電量的計量裝置在計算出預期續航時間之后還可以輸出電量計的計量結果，該計量結果包括以下至少一項電池充滿程度、預期續航時間。在輸出電量計的計量結果之前還可以包括對所述計量結果進行數據修飾，所述進行數據飾的方法包括以下至少一種對所述計量結果進行平滑處理、對所述計量結果進行單調修飾、對所述計量結果進行善意表達修飾。鋰電池電量的計量裝置輸出數據中的電量參數不應因負載突變發生快速變化，同時也不應出現與充電、放電趨勢不一致的變化。因此接近充滿時和接近最低工作電壓時則需要配合系統其它部分做善意的夸大和保守處理。針對不同的輸出數據在不同的狀態下，可以進行不同的修飾處理，修飾處理一般分為平滑、單調、善意表達修飾等。其中善意保守估計是為了確保在系統掉電停機前能有充分的時間處理現場和避免客戶因預期過高影響使用的、有限的、對可利用電量的下調。善意表達是指電池的相對可利用電量、剩余續航時間、隨著JEITA規定的不同最大充電電壓和系統消耗強度的變化出現快速變化，這些變化可以導致電量忽大忽小引起用戶困惑。適當忽略這些快速變化改善客戶的感覺的表達方式和根據系統負載能量消耗特性，把電量消耗轉換為類似能量消耗的、與用戶感受的剩余工作時間相關性更好的電量表達方式。單調修飾即充電或者放電過程中電池電量短時間出現逆向變化時保持電量顯示、暫時不顯示逆向變化。逆向可能是充電或者放電的短時間中斷時的電池電壓恢復，也可能是電量計算法的誤差所導致的。上述第一曲面α，需要根據應用系統進行初始化并按照實時數據進行自校準，初始化又稱為定制，是根據系統參數選擇部分軟件裝入和產生相應的初始化值的過程。自校準過程是系統自行按照預定條件重新校準自己的輸出到參考的計量系統輸出的過程。在這種情況下，本發明的實施例的鋰電池電量的計量裝置還可以包括第一曲面初始化模塊，用于確定鋰電池所在的應用系統中所能提供的電池狀態參數，并利用電池狀態參數對第一曲面進行初始化，電池狀態參數包括以下中的一項或多項外接電源狀態、充電電路啟動標記、電池均衡標記、負載功率模式、電池延續狀態、恒流狀態標記、實時充電電流、充電電流序列、溫度范圍標記、電池充滿標記、電量計時間、電池電壓序列。第一曲面自校準模塊，用于利用電池電壓序列計算變調率，將該變調率作為種子參數；使用種子參數對第一曲面進行自校準。第一曲面自校準模塊的具體工作流程可以為獲取第一三維存儲空間內存儲的第一曲面，并將該第一曲面作為餌曲面；使用種子參數對餌曲面進行擬合計算，利用擬合計算后的餌曲面在索引位置上的參數值生成新的曲面，將新生成的曲面作為自校準后的第一曲面。其中利用電池電壓序列計算變調率可以包括按照電池電壓序列確定電壓升降的趨勢；按照趨勢利用直線基函數對電池電壓序列進行擬合，得到擬合直線基函數；在擬合直線基函數中查找銜接出現突變的點作為校準變調率的種子節點；利用種子節點兩側的直線基函數的電壓值計算變調率。上述變調率是指在特定的電池充滿的程度SOC情況下，穩定連續充放電時電池電壓包括一個與充放電速率有關的電壓穩態變化率和一個該變化率有關的、相對于靜態開路電壓OCV的平移變化。該平移變化與電壓穩態變化率的比即變調率。變調率反映了充電比容量、放電比容量和電池DC內阻所產生的總和調制效果。本發明使用變調率Ci和di描述Z方向上E曲面上的點與α曲面上點的電壓差與電壓變化率dVs的比例關系來反映負載調制，在Σ空間內，ci[x，y]表示充電變調率，是以X和Y為索引空間，在[X，y]點的充電變調率值。Ci就是charging intercept的縮寫。cdt[x, y]表示充電時間常數，是以X和Y為索引空間，在[x，y]點的充電時間常數值。Cdt就是charging dump time的縮寫。di [x, y]表示放電變調率,是以X和Y為索引空間,在[X，y]點的放電變調率值。Di是discharging intercept的縮寫。ddt[x, y]表示放電時間常數，是以X和Y為索引空 間，在[X，y]點的放電時間常數值。ddt即discharging dumptime的縮寫。變調率ci和di與時間常數cdt和ddt以及某個網格點上這些參數的有效校準時間組織成一個矢量,把這個矢量表達到Σ空間內形成修正矢量曲面δ。δ矢量曲面以稀疏網格索引點上的值記錄和表達。α曲面的電壓與E曲面的電壓的差值由δ曲面的變調率分量與電壓變化率dVs點乘得到。系統初始化時用默認的方法生成一個δ矢量曲面，然后利用工作中取得的種子狀態參數對這個曲面進行修正。這種修正是按照一定的時間間隔不斷迭代進行的；每次利用新的種子狀態參數修改舊的曲面時，舊的曲面作為餌曲面β,用來生成新的δ曲面。本發明實施例還提供了一種鋰電池電量的計量方法，該鋰電池電量的計量方法可以通過本發明上述實施例所提供的任一種鋰電池電量的計量裝置來執行，并且，該鋰電池電量的計量方法可以應用于包括以上計量裝置的電量計，圖6是根據本發明實施例的鋰電池電量的計量方法的示意圖，該計量方法具體包括步驟S61，獲取電池電壓序列樣本；步驟S63，從電池電壓序列樣本中提取穩態電池電壓和穩態電池電壓對應的電壓變化率；步驟S65，利用穩態電池電壓和電壓變化率作為索引在第一三維存儲空間內查詢對應的電池充滿程度，其中，第一三維存儲空間內存儲有第一曲面，第一曲面為穩態電池電壓、電池穩態電壓變化率、電池充滿程度的對應關系曲面。優選地，步驟S61中從電池電壓序列樣本中提取穩態電池電壓具體可以包括剔除電池電壓序列中的偏畸點的電壓數據，將以該偏畸點為中心間隔預定時間段內的電壓平均值作為該偏畸點的電壓值；以剔除偏畸點電壓數據后的電池電壓序列為基礎計算得到穩態電池電壓。其中，電池電壓序列中的偏畸點的確定步驟包括計算以第一電壓數據點為中心間隔預定時間內的電壓值的平均值，并計算第一電壓數據點的電壓值與平均值的差值，其中第一電壓數據點為電池電壓序列樣本中的數據點；判斷差值是否超出預設門限值，當差值大于預設門限值時，確定第一電壓數據點為偏畸點。為了確定電池在應用系統中預期續航時間，在步驟S65之后還可以包括根據當前的放電曲線和預計的負載情況計算預期續航時間。計算預期續航時間具體可以包括按照當前的放電曲線和預計的負載情況選擇放電樣條矢量；利用放電樣條矢量生成預期放電曲線；利用預期放電曲線中電池電壓與電池電壓變化率的對應關系由相鄰數據點的電壓下降值計算得到預期續航時間。其中放電樣條矢量包括預設負載情況下表達為穩態電阻放電、恒流放電、恒功率放電三種放電類型的樣條函數。在根據當前的放電曲線和預計的負載情況計算預期續航時間之后還包括輸出電量計的計量結果，該計量結果包括以下至少一項電池充滿程度、預期續航時間。為了確保電量的計算結果能夠更符合用戶的感受，在輸出電量計的計量結果之前還可以包括對計量結果進行數據修飾，進行數據飾的方法包括以下至少一種對計量結果進行平滑處理、對計量結果進行單調修飾、對計量結果進行善意表達修飾。以上第一曲面的定制和自校準過程可以如以下的步驟進行在步驟S61之前還可以包括確定鋰電池所在的應用系統中所能提供的電池狀態參數，并利用電池狀態參數對第一曲面進行初始化，電池狀態參數包括以下中的一項或多項外接電源狀態、充電電路啟動標記、電池均衡標記、負載功率模式、電池延續狀態、恒流狀態標記、實時充電電流、充電電流序列、溫度范圍標記、電池充滿標記、電量計時間、電池電壓序列。在步驟S61之后還可以包括利用電池電壓序列計算變調率，將該變調率作為種子參數；使用種子參數對第一曲面進行自校準。其中，使用種子參數對第一曲面進行自校準包括獲取第一三維存儲空間內存儲的第一曲面，并將該第一曲面作為餌曲面；使用種子參數對餌曲面進行擬合計算，利用擬合計算后的餌曲面在索引位置上的參數值生成新的曲面，將新生成的曲面作為自校準后的第一曲面。利用電池電壓序列計算變調率包括按照電池電壓序列確定電壓升降的趨勢；按照趨勢利用直線基函數對電池電壓序列進行擬合，得到擬合直線基函數；在擬合直線基函數中查找銜接出現突變的點作為校準變調率的種子節點；利用種子節點兩側的直線基函數的電壓值計算變調率。以下對本實施例計量方法的一種最優選的方式進行說明該優選的鋰電池電量的計量方法可以應用于如圖1所述的硬件結構中，但不局限于上述的物理結構，僅為配合本計量方法中的樣本數據來源。首先以表格方式對該計量方法中使用的參數、輸入數據、輸出數據進行說明表1.本優選實施例的計量方法中可能使用到的數據樣本及其來源和可裁剪性能
權利要求
1.一種鋰電池電量的計量方法，其特征在于，包括獲取電池電壓序列樣本；從所述電池電壓序列樣本中提取穩態電池電壓和所述穩態電池電壓對應的電壓變化率；利用所述穩態電池電壓和所述電壓變化率作為索引在第一三維存儲空間內查詢得出對應的電池充滿程度，其中，所述第一三維存儲空間內存儲有第一曲面，所述第一曲面為穩態電池電壓、電池穩態電壓變化率、電池充滿程度的對應關系曲面。
2.根據權利要求1所述的鋰電池電量的計量方法，其特征在于，從所述電池電壓序列樣本中提取穩態電池電壓包括易繼所述電池電壓序列中的偏畸點的電壓數據，將以該偏畸點為中心間隔預定時間段內的電壓平均值作為該偏畸點的電壓值；以剔除偏畸點電壓數據后的電池電壓序列為基礎計算得到穩態電池電壓。
3.根據權利要求2所述的鋰電池電量的計量方法，其特征在于，所述電池電壓序列中的偏畸點的確定步驟包括計算以第一電壓數據點為中心間隔預定時間內的電壓值的平均值，并計算所述第一電壓數據點的電壓值與所述平均值的差值，其中所述第一電壓數據點為所述電池電壓序列樣本中的數據點；判斷所述差值是否超出預設門限值，當所述差值大于所述預設門限值時，確定所述第一電壓數據點為偏畸點。
4.根據權利要求1所述的鋰電池電量的計量方法，其特征在于，在利用所述穩態電池電壓和所述電壓變化率作為索引在第一三維存儲空間內查詢對應的電池充滿程度之后還包括根據當前的放電曲線和預計的負載情況計算預期續航時間。
5.根據權利要求4所述的鋰電池電量的計量方法，其特征在于，根據當前的放電曲線和預計的負載情況計算預期續航時間包括按照當前的放電曲線和預計的負載情況選擇放電樣條矢量；利用所述放電樣條矢量生成預期放電曲線；利用所述預期放電曲線中電池電壓與電池電壓變化率的對應關系由相鄰數據點的電壓下降值計算得到所述預期續航時間。
6.根據權利要求5所述的鋰電池電量的計量方法，其特征在于，所述放電樣條矢量包括預設負載情況下表達為穩態電阻放電、恒流放電、恒功率放電三種放電類型的樣條函數。
7.根據權利要求4所述的鋰電池電量的計量方法，其特征在于，在根據當前的放電曲線和預計的負載情況計算預期續航時間之后還包括輸出電量計的計量結果，該計量結果包括以下至少一項電池充滿程度、預期續航時間。
8.根據權利要求7所述的鋰電池電量的計量方法，其特征在于，在輸出電量計的計量結果之前還包括對所述計量結果進行數據修飾，所述進行數據飾的方法包括以下至少一種對所述計量結果進行平滑處理、對所述計量結果進行單調修飾、對所述計量結果進行善意表達修飾。
9.根據權利要求1所述的鋰電池電量的計量方法，其特征在于，在獲取電池電壓序列樣本之前還包括確定所述鋰電池所在的應用系統中所能提供的電池狀態參數，并利用所述電池狀態參數對所述第一曲面進行初始化，所述電池狀態參數包括以下中的一項或多項外接電源狀態、充電電路啟動標記、電池均衡標記、負載功率模式、電池延續狀態、恒流狀態標記、實時充電電流、充電電流序列、溫度范圍標記、電池充滿標記、電量計時間、電池電壓序列。
10.根據權利要求1所述的鋰電池電量的計量方法，其特征在于，在獲取電池電壓序列樣本之后還包括利用所述電池電壓序列計算變調率，將該變調率作為種子參數；使用所述種子參數對所述第一曲面進行自校準。
11.根據權利要求10所述的鋰電池電量的計量方法，其特征在于，使用所述種子參數對所述第一曲面進行自校準包括獲取所述第一三維存儲空間內存儲的第一曲面，并將該第一曲面作為餌曲面；使用所述種子參數對所述餌曲面進行擬合計算，利用擬合計算后的餌曲面在索引位置上的參數值生成新的曲面，將新生成的曲面作為自校準后的第一曲面。
12.根據權利要求10所述的鋰電池電量的計量方法，其特征在于，利用所述電池電壓序列計算變調率包括按照所述電池電壓序列確定電壓升降的趨勢；按照所述趨勢利用直線基函數對所述電池電壓序列進行擬合，得到擬合直線基函數；在所述擬合直線基函數中查找銜接出現突變的點作為校準變調率的種子節點；利用所述種子節點兩側的直線基函數的電壓值計算所述變調率。
13.一種鋰電池電量的計量裝置，其特征在于，包括電壓序列獲取模塊，用于獲取電池電壓序列樣本；穩態電壓提取模塊，用于從所述電池電壓序列樣本中提取穩態電池電壓和所述穩態電池電壓對應的電壓變化率；電池充滿程度查詢模塊，用于電池電量利用所述穩態電池電壓和所述電壓變化率作為索引在第一三維存儲空間內查詢得出對應的電池充滿程度，其中，所述第一三維存儲空間內存儲第一曲面，所述第一曲面為穩態電池電壓、電池穩態電壓變化率、電池充滿程度的對應關系曲面。
14.根據權利要求13所述的鋰電池電量的計量裝置，其特征在于，還包括續航時間預測模塊，用于根據當前的放電曲線和預計的負載情況計算預期續航時間。
15.根據權利要求13所述的鋰電池電量的計量裝置，其特征在于，還包括第一曲面初始化模塊，用于確定所述鋰電池所在的應用系統中所能提供的電池狀態參數，并利用所述電池狀態參數對所述第一曲面進行初始化，所述電池狀態參數包括以下中的一項或多項外接電源狀態、充電電路啟動標記、電池均衡標記、負載功率模式、電池延續狀態、恒流狀態標記、實時充電電流、充電電流序列、溫度范圍標記、電池充滿標記、電量計時間、電池電壓序列。
16.根據權利要求13所述的鋰電池電量的計量裝置，其特征在于，還包括第一曲面自校準模塊，用于利用所述電池電壓序列計算變調率，將該變調率作為種子參 數；使用所述種子參數對所述第一曲面進行自校準。
全文摘要
本發明提供了一種鋰電池電量的計量方法。該鋰電池電量的計量方法包括獲取電池電壓序列樣本；從電池電壓序列樣本中提取穩態電池電壓和穩態電池電壓對應的電壓變化率；利用穩態電池電壓和電壓變化率作為索引在第一三維存儲空間內查詢得出對應的電池充滿程度，其中，第一三維存儲空間內存儲有第一曲面，第一曲面為穩態電池電壓、電池穩態電壓變化率、電池充滿程度的對應關系曲面。應用本發明的技術方案，不是基于累計充放電電量積分的設計、不要求特定硬件支持，成本低、耗電小，提供完整的面向應用需要的參數。
文檔編號G01R31/36GK103048629SQ201310027548
公開日2013年4月17日 申請日期2013年1月24日 優先權日2013年1月24日
發明者譚磊 申請人:圣邦微電子(北京)股份有限公司
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
