一种锂电池电量检测的方法及其装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种锂电池电量精确检测的方法及其装置，该包括如下步骤：第一步对电池进行标校，通过数据采集处理模块将电池的总电量QS及经过采样得到的各采样点的标校参数值存入数据存储单元；第二步正常使用经过标校后的电池，并通过所述数据采集处理模块实时采集电池电流I及所述标校参数的实时参数值，通过电流I与时间的积分运算得到实时消耗的电量Q；第三步将所述实时参数值与对应的标校参数值进行比较，如果实时参数值与对应的标校参数值差值小于预设值，则总电量QS与实时消耗的电量Q的差值ΔQ即为该电池实时的剩余电量；如果实时参数值与对应的标校参数值差值大于预设值，则重复上述步骤。
【专利说明】—种锂电池电量检测的方法及其装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及锂电池电量测量【技术领域】，尤其涉及一种锂电池电量检测的方法及其装置。
【背景技术】
[0002]锂电池电量的检测，目前普遍采用的是分段电压检测法和专用芯片检测法。
[0003]分段电压检测法，利用预先把电池电压分段根据AD采样得到的电压和电量的关系曲线，通过测量电池的电压，参照原来的曲线就可以估算出电池电量。但是分段电压检测法的不足之处在于:电池端电压在容量间隔划分较粗(10%或20%—格)的情况下往往作为电池剩余容量判断的标准。但由于电池本身的特性，小电流放电和大电流放电对电压造成的影响会有较大的差异。如麻醉机工作在待机模式、涡轮呼吸机在待机模式下都可以认为小电流放电。小电流放电使电池端电压缓慢下降，一般不会出现上升的趋势。当工作在较高的呼吸频率时，各种电磁阀频繁动作，导致大电流放电使电池端电压瞬间急速下降，而当大电流结束后恢复小电流时，电池端电压又回升到某个电压值。如果容量阈值电压恰好处于该电压附近时，将导致电池容量反而上升的不合理现象。当电池电量趋于耗尽时电池电压会迅速下降导致关机而关机后电池电压由于浮电而又迅速回升导致机器反复重启关机。
[0004]专用芯片检测法则是采用专用芯片，如bq2650X与bq27X00等芯片，通过检测电压、温度、电流来检测电池电量信息。其拥有一个运行电池电量检测算法的内部微处理器，这些算法将对锂电池的自放电、老化、湿度和放电率进行补偿。这但是种检测方法的不足之处在于专用芯片的成本高，只针对固定电芯数量的电池。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的不足之处，提供一种锂电池电量检测的方法及其装置，既能有效避免在负载变化时显示容量的变化及由于浮电导致的频繁重启，同时还能保证检测成本低廉且精度高,并且可检测多芯串并联电池组。
[0006]为达此目的，本发明采用以下技术方案:
[0007]一种锂电池电量检测方法，其特征在于，它包括如下步骤:第一步对电池进行标校，通过数据采集处理模块将电池的总电量QS及经过采样得到的各采样点的标校参数值存入数据存储单元；第二步正常使用经过标校后的电池，并通过所述数据采集处理模块实时采集电池电流I及所述第一参数的实时参数值，通过电流I与时间的积分运算得到实时消耗的电量Q ;第三步将所述实时参数值与对应的标校参数值进行比较，如果实时参数值与对应的测量值差值小于预设值，则总电量QS与实时消耗的电量Q的差值△ Q即为该电池实时的剩余电量；如果实时参数值与对应的测量值差值大于预设值，则重复上述步骤。
[0008]其中第一步中所述标校采用以恒定电流IO对电池进行放电的方法进行，至放电结束得到电池总电量值QS，QS=IO T，其中T为至放电结束所耗费的时间。
[0009]其中第一步中的所述标校参数值包括第一参数的测量值以及第二参数的计算值。[0010]优 选的其中所述第一参数为电池电压，其测量值在标校过程中记为Uc ;所述第二参数为电池剩余电量，其计算值在标校过程中记为Qc，其中Qc=QS-1Ot,其中t为从开始放电至进行该次采样所经历的放电时间。
[0011]优选的其中所述第一参数为电池电压，其测量值在标校过程中记为Uc ;所述第二参数为电池剩余电量，其计算值在标校过程中记为Qc ;第一步中所述采样按以下方式进行，设定采样次数N，计算得到时间步长At，At=T / N，从恒流放电开始之后每隔时间At，采集当前电压测量值Uc,并计算得到当前剩余电量计算值Qc, Qc=QS-1O nAt,l〈n；^N,且η为整数。
[0012]其中第三步中所述的对应的标校参数值按如下方式选取，将总电量QS与实时消耗的电量Q的差值△ Q与存储在数据存储单元中的各采样点的第二参数的计算值Qc进行比较，找到与差值λ Q最接近的计算值Qc，从而得到该计算值Qc所对应的采样点的第一参数的测量值Uc，即为所述的对应的标校参数值。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本发明对电池标校的流程示意图
[0014]图2是本发明在电池正常使用过程中进行实时采样的流程示意图
[0015]图3是本发明对采样结果进行分析比对的流程示意图
[0016]图4是MCU功能示意图
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
[0018]第一实施例，采用如下的方法对锂电池的电量进行检测:
[0019]第一步，对电池进行标校，通过数据数据采集处理模块将电池的总电量Qs及经过采样得到的各采样点的标校参数的值存入数据存储单元；
[0020]第二步正常使用经过标校后的电池，并通过所述数据采集处理模块实时采集电池电流I及所述标校参数的实时参数值，并运用电流I与时间的积分运算得到实时消耗的电量Q ；
[0021]第三步将所述实时参数值与对应的标校参数值进行比较，如果实时参数值与对应的标校参数值差值小于预设值，则总电量Qs与实时消耗的电量Q的差值AQ即为该电池实时的剩余电量；如果实时参数值与对应的标校参数值差值大于预设值，则重复上述步骤。
[0022]这里优选的，数据采集处理模块和数据存储单元一体化。
[0023]优选的，采用MCU作为数据采集处理模块以及数据存储单元，如附图1所示，该MCU具有采集、运算及存储功能。
[0024]优选的，采用带片内ROM型的MCU作为数据采集处理模块。
[0025]该方法可用于医疗器械，尤其是麻醉机或呼吸机上锂电池电量的检测。
[0026]采用该方法的锂电池电量检测装置，优选的，还包括用户显示界面，可以实时显示电池剩余电量。[0027]采用该方法的锂电池电量检测装置可封装在锂电池中，以方便用户的使用。
[0028]第二实施例，采用如下的方法对锂电池的电量进行检测:
[0029]第一步，对电池进行标校，采用以恒定电流Itl对电池进行放电的方法进行，如附图2所示，至放电结束得到电池总电量值QyQs=ItlT,其中T为至放电结束所耗费的时间。将放电时间进行分段，每阶段选取一个采样点。通过数据采集处理模块将电池的总电量Qs及经过采样得到的各采样点的标校参数的值存入数据存储单元，标校参数值包括电池电压的测量值，其测量值在标校过程中记为U。；以及电池剩余电量的计算值，其计算值在标校过程中记为Q。，其中Qc=Qs-1dt,其中t为从开始放电至进行该次采样所经历的放电时间。
[0030]优选的，设定采样次数N，计算得到时间步长At，At=T / N，从恒流放电开始之后每隔时间Δ?,采集当前电压测量值U。,并计算得到当前剩余电量计算值Q。，Qc=Qs-1on Δ1〈η < N，且η为整数。将一一对应的(U。，Q。)值存入数据存储单元中。
[0031]第二步正常使用经过标校后的电池，如附图3所示，并通过所述数据采集处理模块实时采集电池电流I及电池电压的实时参数值，并运用电流I与时间的积分运算得到实时消耗的电量Q ；
[0032]第三步将电池电压的实时参数值与对应的标校参数值U。进行比较，如附图4所示，对应的标校参数值U。按如下方式选取，将总电量Qs与实时消耗的电量Q的差值AQ与存储在数据存储单元中的各采样点的第二参数的计算值Q。进行比较，找到与差值△ Q最接近的计算值Q。，从而得到该计算值Q。所对应的采样点的第一参数的测量值U。。如果电池电压的实时参数值与对应的标校参数值差值U。小于预设值，则总电量Qs与实时消耗的电量Q的差值AQ即为该电池 实时的剩余电量；如果实时参数值与对应的标校参数值U。差值大于预设值，则重复上述步骤。
[0033]这里优选的，数据采集处理模块和数据存储单元一体化。
[0034]优选的，采用MCU作为数据采集处理模块以及数据存储单元，如附图1所示，该MCU具有采集、运算及存储功能。
[0035]优选的，采用带片内ROM型的MCU作为数据采集处理模块。
[0036]该方法可用于医疗器械，尤其是麻醉机或呼吸机上锂电池电量的检测。
[0037]采用该方法的锂电池电量检测装置，优选的，还包括用户显示界面，可以实时显示电池剩余电量。
[0038]采用该方法的锂电池电量检测装置可封装在锂电池中，以方便用户的使用。
[0039]第三实施例，采用如下的方法对锂电池的电量进行检测:
[0040]第一步，对电池进行标校，如附图2所示，采用以恒定电流Itl对电池进行放电的方法进行，至放电结束得到电池总电量值Qs，Qs=IJ,其中T为至放电结束所耗费的时间。将放电时间进行分段，每阶段选取一个采样点。通过数据采集处理模块将电池的总电量Qs及经过采样得到的各采样点的标校参数的值存入数据存储单元，标校参数值包括电池电压的测量值，其测量值在标校过程中记为U。；以及电池剩余电量的计算值，其计算值在标校过程中记为Q。，其中Qc=Qs-1dt,其中t为从开始放电至进行该次采样所经历的放电时间。通过多次采样得到U。和Q。的关系拟合曲线图。
[0041]第二步正常使用经过标校后的电池，如附图3所示，并通过所述数据采集处理模块实时采集电池电流I及电池电压的实时参数值，并运用电流I与时间的积分运算得到实时消耗的电量Q ；
[0042]第三步将电池电压的实时参数值与对应的标校参数值U。进行比较，如附图4所示，对应的标校参数值U。按如下方式选取，取总电量Qs与实时消耗的电量Q的差值AQ，在U。和Q。的关系拟合曲线图中，找到Qc=AQ时所对应的第一参数的测量值U。。如果电池电压的实时参数值与对应的标校参数值差值U。小于预设值，则总电量Qs与实时消耗的电量Q的差值AQ即为该电池实时的剩余电量；如果实时参数值与对应的标校参数值U。差值大于预设值，则重复上述步骤。
[0043]这里优选的，数据采集处理模块和数据存储单元一体化。
[0044]优选的，采用MCU作为数据采集处理模块以及数据存储单元，如附图1所示，该MCU具有采集、运算及存储功能。
[0045]优选的，采用带片内ROM型的MCU作为数据采集处理模块。
[0046]该方法可用于医疗器械，尤其是麻醉机或呼吸机上锂电池电量的检测。
[0047]采用该方法的锂电池电量检测装置，优选的，还包括用户显示界面，可以实时显示电池剩余电量。
[0048]采用该方法的锂电池电量检测装置可封装在锂电池中，以方便用户的使用。
[0049]第四实施例，采用如下的方法对锂电池的电量进行检测:
[0050]首先在新电池应用之前要对电池进行标校，其具体过程如下:将电池以IA的恒定电流进行放电，由系统采集各个时间段电池电压值并进行计时，例如:如果以IA恒定电流放电到电池放电截止电压点所经历的时间是10小时，那么电池总容量是IOA.Η。通过MCU把标校时间分为10等份并把对应电压区间和总容量存入数据存储单元。
[0051]当标校完成后，系统就可以正常使用此标校过的电池，系统通过实时监测电池输出电压及电流来得到系统所消耗的电量，例如当系统充满电情况下电池以IA放电I小时则电量消耗为IA.H则剩余电量为9Α.H。当系统检测电压与存储在数据存储单元的数据偏差增大时，例如当系统剩余电量为9Α.H对应的电压为14.4V (4芯锂电情况下)而检测电压为13V则系统提醒用户应重新标校电池容量。
[0052]软件积分算法请参阅有关资料这里不再说明。
[0053]注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其它等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
【权利要求】
1.一种锂电池电量检测方法，其特征在于，它包括如下步骤: 第一步对电池进行标校，通过数据采集处理模块将电池的总电量Qs及经过采样得到的各采样点的标校参数的值存入数据存储单元； 第二步正常使用经过标校后的电池，并通过所述数据采集处理模块实时采集电池电流I及所述标校参数的实时参数值，运用电流I与时间的积分运算得到实时消耗的电量Q ； 第三步将所述实时参数值与对应的标校参数值进行比较，如果实时参数值与对应的标校参数值差值小于预设值，则总电量Qs与实时消耗的电量Q的差值AQ即为该电池实时的剩余电量；如果实时参数值与对应的标校参数值差值大于预设值，则重复上述步骤。
2.根据权利要求1所述的锂电池电量检测方法，其特征在于，第一步中所述标校采用以恒定电流I。对电池进行放电的方法进行，至放电结束得到电池总电量值Qs，Qs=ItlT,其中T为至放电结束所耗费的时间。
3.根据如权利要求2所述的锂电池电量检测方法，其特征在于，第一步中的所述标校参数值包括第一参数的测量值以及第二参数的计算值；第二步中所述标校参数为第一参数的测量值。
4.根据权利要求3所述的锂电池电量检测方法，其特征在于，所述第一参数为电池电压，其测量值在标校过程中记为U。；所述第二参数为电池剩余电量，其计算值在标校过程中记为Q。，其中Qc=Qs-1dt,其中t为从开始放电至进行该次采样所经历的放电时间。
5.根据权利要求3所述的锂电池电量检测方法，其特征在于，所述第一参数为电池电压，其测量值在标校过程中记为U。；所述第二参数为电池剩余电量，其计算值在标校过程中记为Q。；第一步中所述采样按以下方式进行，设定采样次数N，计算得到时间步长At，At=T / N，从恒流放电开始之后每隔时间At，采集当前电压测量值U。，并计算得到当前剩余电量计算值Qc, Qc=Qs-10Ii Λ t，l〈n≤N，且η为整数。
6.根据权利要求4所述的锂电池电量检测方法，其特征在于，第三步中所述的对应的标校参数值按如下方式选取，将总电量Qs与实时消耗的电量Q的差值AQ与存储在数据存储单元中的各采样点的第二参数的计算值Q。进行比较，找到与差值AQ最接近的计算值Q。，从而得到该计算值Q。所对应的采样点的第一参数的测量值U。，即为所述的对应的标校参数值。
7.根据权利要求5所述的锂电池电量检测方法，其特征在于，第三步中所述的对应的标校参数值按如下方式选取，将总电量Qs与实时消耗的电量Q的差值AQ与存储在数据存储单元中的各采样点的第二参数的计算值Q。进行比较，找到与差值AQ最接近的计算值Q。，从而得到该计算值Q。所对应的采样点的第一参数的测量值U。，即为所述的对应的标校参数值。
8.根据权利要求3所述的锂电池电量检测方法，其特征在于，所述第一参数为电池电压，其测量值在标校过程中记为U。；所述第二参数为电池剩余电量，其计算值在标校过程中记为Q。，其中Qc=Qs-1dt,其中t为从开始放电至进行该次采样所经历的放电时间；第一步中所述采样按以下方式进行，将放电时间进行分段，每阶段选取一个采样点，通过多次采样得到U。和Q。的关系拟合曲线图； 所述第三步中所述的对应的标校参数值按如下方式选取，取总电量Qs与实时消耗的电量Q的差值Λ Q，在U。和Q。的关系拟合曲线图中，找到Qc= △ Q时所对应的第一参数的测量值U。，即为所述对应的标校参数值。
9.根据权利要求1-8所述的锂电池电量检测方法，其特征在于，所述数据采集处理模块采用实时采样电路进行采样。
10.根据权利要求1-8所述的锂电池电量检测方法，其特征在于，所述数据采集处理模块采用单片机对采样数据进行运算处理。
11.根据权利要求1-8所述的锂电池电量检测方法，其特征在于，将第三步中所述的电池实时的剩余电量通过通讯传递到用户界面进行显示。
12.根据权利要求1-8所述的锂电池电量检测方法，其特征在于，该方法用于检测多芯串并联锂电池组的电量。
13.根据权利要求1-8所述的锂电池电量检测方法，其特征在于，该方法用于麻醉机或呼吸机上锂电池电量的检测。
14.一种采用如权利要求1-12任一项所述的锂电池电量检测方法的锂电池电量检测装置，其包括数据采集处理模块和数据存储单元。
15.根据权利要求14所述的锂电池电量检测装置，其还包括用户显示界面。
16.一种麻醉机，其采用权利要求14或15所述的锂电池电量检测装置。
17.一种呼吸机，其采用权利要求14或15所述的锂电池电量检测装置。
18.一种锂电池 ，其封装有如权利要求14或15所述的锂电池电量检测装置。
【文档编号】G01R31/36GK103913706SQ201210592077
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2012年12月29日 优先权日:2012年12月29日
【发明者】祁业鹏 申请人:北京谊安医疗系统股份有限公司