专利名称：一种电池剩余容量测量方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及动力电池容量检测技术领域，尤其涉及一种电池剩余容量测量方法及>J-U装直。
背景技术：
动力电池目前广泛应用于电力、交通、邮电等诸多领域，成为系统的关键部件之一，其可靠运行直接影响到整套设备的性能及运行，而运行中常因蓄电池剩余容量无法准确预测造成损失或者重大事故。因此蓄电池剩余容量(主要用荷电状态SOC衡量)的准确预测成为电池管理中最基本和最首要的任务。
SOC预测方法主要有开路电压法，是通过检测蓄电池的开路电压进而计算S0C。通过检测蓄电池的开路电压，得到此时开路电压与蓄电池充分放电时的开路电压差值，与蓄电池充满电与充分放电时的开路电压差值做比，得到蓄电池此时的剩余容量S0C。
计算公式为=其中Vm为电池开路电压，Va为充满电时的开路电压，Vb为充分放电时的开路电压。
开路电压法虽然计算公式简单，但是需要蓄电池长时间静置到稳定状态才能测取开路电压Vm ;并且，采用开路电压法计算蓄电池剩余容量SOC时，需要蓄电池长时间处于空载状态，因此不能实现在线测量。发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种电池剩余容量测量方法及装置，以解决静置时间长及不能实现在线测量的问题。
为了实现上述目的，现提出的方案如下:
一种电池剩余容量测量方法，包括:
检测电池电流；
当判断所述电池电流为零，采集电池回跳电压和电池所处环境的温度；
根据所述电池回跳电压确定电池剩余容量值SOC2计算公式；
根据所述电池所处环境的温度以及电池回跳电压确定修正方式；
采用所述确定的电池剩余容量值SOC2计算公式计算得到电池剩余容量值SOC2,并采用所述确定的修正方式修正计算得到的电池剩余容量值soc2。
优选的，所述根据所述 电池回跳电压确定电池剩余容量值SOC2计算公式，包括:
判断所述电池回跳电压是否大于等于阈值；
当判断所述电池回跳电压大于等于阈值时，采用公式SOC2 = (0.0052Ut3-0.1887Ut+2.3034Ut-9.394) X IO4计算得到电池剩余容量值SOC2 ；
当判断所述电池回跳电压小于阈值时，采用公式SOC2 = -0.0249(7； +1.0225(/, - 8.2236计算得到电池剩余容量值 S0C2。
优选的，所述根据所述电池所处环境的温度以及电池回跳电压确定修正方式，包括:
获取所述电池所处环境的温度；
计算所述电池所处环境的温度和基准温度的差值；
当判断所述电池回跳电压大于等于阈值时，采用第一预设对应关系得到电池回跳电压确定修正方式，当判断所述电池回跳电压小于阈值时，采用第二预设对应关系得到电池回跳电压确定修正方式，所述第一预设对应关系和第二预设对应关系为所述差值和电池剩余容量值SOC2修正量的对应关系。
优选的,所述电池剩余容量测量方法还包括:
判断所述修正后的电池剩余容量值SOC2是否小于15% ；
当判断所述修正后的电池剩余容量值SOC2小于15%时，报警。
优选的,所述电池剩余容量测量方法还包括:显示所述修正后的电池剩余容量值SOC2。
一种电池剩余容量测量装置，包括:电流检测电路、电压检测电路、温度检测电路和控制器，其中:
所述电流检测电路用于检测电池电流，将电池电流信号输出至所述控制器；
所述电压检测电路用于当判断所述电池电流为零，检测电池回跳电压，将电池回跳电压信号输出至所述控制器；
所述温度检测电路用于当判断所述电池电流为零，检测所述电池所处环境的温度，将温度信号输出至所述控制器；
所述控制器用于接收电池回跳电压信号、电池电流信号以及电池所处环境的温度信号，根据所述电池回跳电压确定电池剩余容量值SOC2计算公式；根据所述电池所处环境的温度以及电池回跳电压确定修正方式；采用所述确定的电池剩余容量值SOC2计算公式计算得到电池剩余容量值SOC2,并采用所述确定的修正方式修正计算得到的电池剩余容量值SOC2。
优选的，所述控制器为89S51单片机；
所述89S51单片机的P14、P15、P16以及P17 口与所述电压检测电路相连；
所述89S51单片机的P32 口与所述电流检测电路相连；
所述89S51单 片机的P33 口与所述温度检测电路相连。
优选的，所述电压检测电路包括:运算放大器LM324、A/D芯片MCP3208、第一电阻、第二电阻、第三电阻与第四电阻；
所述运算放大器LM324的负相输入端接收所述电池回跳电压信号，所述电池回跳电压信号经由所述第一电阻进入所述运算放大器LM324的负相输入端；所述运算放大器LM324的正相输入端接收IOV基准电压信号，所述IOV基准电压信号经由所述第二电阻进入所述运算放大器LM324的正相输入端；所述运算放大器LM324的正相输入端与输出端相连，所述正相输入端与输出端之间连接所述第三电阻，所述运算放大器LM324的输出端发送模拟信号至所述A/D芯片MCP3208 ;所述运算放大器LM324的负相输入端与所述第四电阻相连，所述第二电阻的另一端接地；所述运算放大器LM324的正相控制端接15V基准电压信号；所述运算放大器LM324的负相控制端接地；
所述A/D芯片MCP3208的I 口接收所述运算放大器LM324发送的模拟信号，9 口与14 口相连并接地，10 口接所述控制器的P17 口，11 口接所述控制器的P16 口，12 口输出数字信号并接所述控制器的P15 口，13 口接所述控制器的P14 口，16 口接5V基准电压信号。
优选的，所述电流检测电路包括第五电阻与第六电阻:
所述第五电阻接收所述电池电流信号，所述第五电阻的另一端与所述第六电阻相连，所述第六电阻的另一端接地，所述第五地电阻与所述第六电阻的连接点与所述控制器相连。
优选的，所述温度检测电路包括:数字温度传感器DS18B20与第七电阻:
所述数字温度传感器DS18B20的VCC端连接电压VCC相连；所述数字温度传感器DS18B20的DQ端与所述第七电阻相连，所述第七电阻的另一端与所述控制器相连，并连接电压VCC ;所述数字温度传感器DS18B20的GND端接地。
优选的，所述电池剩余容量测量装置还包括显示电路，所述显示电路用于接收所述控制器传送的动力电池剩余容量信号并显示；
所述显示电路包括:三合一共阴LED数码管、4511译码器、7404反相器、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻以及第十四电阻；
所述三合一共阴LED数码管的12 口与所述7404反相器的2 口相连，所述三合一共阴LED数码管的9 口与所述7404反相器的4 口相连，所述三合一共阴LED数码管的8 口与所述7404反相器的6 口相连；
所述7404 反相器的I 口与所述控制器的P20 口相连，所述7404反相器的3 口与所述控制器的P21 口相连，所述7404反相器的5 口与所述控制器的P22相连；
所述4511译码器的7 口与所述控制器的P24 口相连，所述4511译码器的I 口与所述控制器的P25 口相连，所述4511译码器的2 口与所述控制器的P26 口相连，所述4511译码器的6 口与所述控制器的P27 口相连，所述4511译码器的3 口与4 口相连并接5V电压信号，所述4511译码器的5 口接地，所述4511译码器的13 口与所述第八电阻相连，并与所述三合一共阴LED数码管的11 口相连，所述4511译码器的12 口与所述第九电阻相连，并与所述三合一共阴LED数码管的7 口相连，所述4511译码器的11 口与所述第十电阻相连，并与所述三合一共阴LED数码管的4 口相连，所述4511译码器的10 口与所述第i^一电阻相连，并与所述三合一共阴LED数码管的2 口相连，所述4511译码器的9 口与所述第十二电阻相连，并与所述三合一共阴LED数码管的I 口相连，所述4511译码器的15 口与所述第十三电阻相连，并与所述三合一共阴LED数码管的10 口相连，所述4511译码器的14 口与所述第十四电阻相连，并与所述三合一共阴LED数码管的5 口相连，所述第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻以及第十四电阻的另一端并联并接5V电压信号。
优选的，所述电池剩余容量测量装置还包括报警电路，所述报警电路用于接收所述控制器传送的命令以提供电量不足的报警；
所述报警电路包括:蜂鸣器、三极管及第十五电阻；
所述蜂鸣器一端接地，另一端与所述三极管集电极相连，所述三极管的发射极接5V电压信号，所述三极管的基极与所述第十五电阻相连，所述第十五电阻的另一端与所述控制器的P23 口相连。
优选的，所述电池剩余容量测量装置还包括存储器，所述存储器用于保存SOC值、报警信息等参数，并产生复位信号以保证所述控制器的正常运行；
所述存储器包括:X25024芯片与第十六电阻；
所述X25024芯片的I 口与所述控制器的PlO 口相连，所述X25024芯片的2 口与所述控制器的Pll 口相连，所述X25024芯片的5 口与所述控制器的P12 口相连，所述X25024芯片的6 口与所述控制器的P13 口相连，所述X25024芯片的3 口连接5V电压信号，所述X25024芯片的7 口与所述第十六电阻相连，连接点与所述控制器的RST 口相连，所述第十六电阻的另一端连接5V电压信号。
从上述的技术方案可以看出，本发明公开的电池剩余容量测量方法及装置，通过电池电流检测以确定是否启动剩余电量检测过程，然后进行电池回跳电压的检测和温度检测，再通过判断电池回跳电压是否大于等于阈值，进行不同的计算方法及温度修正，得到修正后的剩余容量SOC2 ;本发明公开的电池剩余容量测量方法及装置，只需要采集到电池回跳电压即可进行计算，电池回跳电压的采集只需电池电流检测为零即可启动，不需要长时间的静置以得到开路电压之后再进行电池剩余容量的计算，解决了静置时间长的问题；而且本发明中当检测到电池电流一旦为零，即可启动对电池回跳电压及环境温度的检测，对电池剩余容量进行计算，实现了电池剩余容量的在线测量。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例公开的数据采集处理流程图2为本发明另一实施例公开的数据采集处理流程图3为本发明另一实施例公开的数据采集处理流程图4为本发明另一实施例公开的数据采集处理流程图5为本发明另一实施例公开的数据采集处理流程图6为本发明实施例公开的硬件连接原理框图7为本发明另一实施例公开的硬件连接电路框图8为本发明另一实施例公开的硬件连接电路框图9为本发明另一实施例公开的硬件连接电路框图10为本发明另一实施例公开的硬件连接电路框图11为本发明另一实施例公开的硬件连接电路框图12为本发明另一实施例公开的硬件连接电路框图13为本发明另一实施例公开的硬件连接电路框图14为本发明实施例公开的电池放电后回跳电压的示意图15为本发明实施例公开的电池等 效数学模型图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
本发明提供了一种电池剩余容量测量方法，以解决静置时间长及不能实现在线测量的问题。
如题I所示，所述电池剩余容量测量方法包括如下步骤:
S101、检测电池电流；
检测电池目前正在提供的电流，以得知电池当前所处的状态；
S102、当判断所述电池电流为零，采集电池回跳电压和电池所处环境的温度；
发明人经研究发现，电池的端电压在离线瞬间存在一个跳变，电池放电到截止电压的点为A点，切断放电回路，此时电池电流为0，电池的端电压将从A点跳变到B点，如图14所示，图中的C点为电池脱离负载回路后经过一段时间的渐变，恢复到相对稳定的电压值；在上述情况下电压达到B点的值即为电池回跳电压Ut ；
当判断所述电池电流为零，说明此时电池脱离负载，电池回跳电压Ut的测量只需电池短暂脱离负载(如电动汽车十字路口停车时进行)就可测得，完全不影响动力电池的运行；
采集电池所处环境的温度以便后续进行修正；
S103、根据所述电池回跳电压确定电池剩余容量值SOC2计算公式；
发明人经研究发现，蓄电池的数学模型可以用一等效阻容电路表示，如图15所示，其中Rl为等效欧姆电阻；R2为电化学极化和浓差极化所产生的等效阻容环节的电阻参数，即极化电阻；C为电化学极化和浓差极化所产生的等效阻容环节的电容参数，即极化电容；E为电池的反电动势；U为电池端电压；1为工作电流。
则从图14的B点到C点的动态过程中，有:
权利要求
1.一种电池剩余容量测量方法，其特征在于，包括: 检测电池电流； 当判断所述电池电流为零，采集电池回跳电压和电池所处环境的温度； 根据所述电池回跳电压确定电池剩余容量值SOC2计算公式； 根据所述电池所处环境的温度以及电池回跳电压确定修正方式； 采用所述确定的电池剩余容量值SOC2计算公式计算得到电池剩余容量值SOC2,并采用所述确定的修正方式修正计算得到的电池剩余容量值SOC2。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述电池回跳电压确定电池剩余容量值SOC2计算公式，包括: 判断所述电池回跳电压是否大于等于阈值； 当判断所述电池回跳电压大于等于阈值时，采用公式SOC2 = (0.0052Ut3-0.1887Ut+2.3034Ut-9.394) X IO4计算得到电池剩余容量值SOC2 ； 当判断所述电池回跳电压小于阈值时，采用公式WX12 = -0.0249^/； + 1.0225f/; - 8.2236计算得到电池剩余容量值SOC2。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述电池所处环境的温度以及电池回跳电压确定修正方式，包括: 获取所述电池所处环境的温度； 计算所述电池所处环境的温度和基准温度的差值； 当判断所述电池回跳电压大于等于阈值时，采用第一预设对应关系得到电池回跳电压确定修正方式，当判断所述电池回跳电压小于阈值时，采用第二预设对应关系得到电池回跳电压确定修正方式，所述第一预设对应关系和第二预设对应关系为所述差值和电池剩余容量值SOC2修正量的对应关系。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其特征在于，还包括: 判断所述修正后的电池剩余容量值SOC2是否小于15% ； 当判断所述修正后的电池剩余容量值SOC2小于15%时，报警。
5.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其特征在于，还包括:显示所述修正后的电池剩余容量值SOC2。
6.一种电池 剩余容量测量装置，其特征在于，包括:电流检测电路、电压检测电路、温度检测电路和控制器，其中: 所述电流检测电路用于检测电池电流，将电池电流信号输出至所述控制器； 所述电压检测电路用于当判断所述电池电流为零，检测电池回跳电压，将电池回跳电压信号输出至所述控制器； 所述温度检测电路用于当判断所述电池电流为零，检测所述电池所处环境的温度，将温度信号输出至所述控制器； 所述控制器用于接收电池回跳电压信号、电池电流信号以及电池所处环境的温度信号，根据所述电池回跳电压确定电池剩余容量值SOC2计算公式；根据所述电池所处环境的温度以及电池回跳电压确定修正方式；采用所述确定的电池剩余容量值SOC2计算公式计算得到电池剩余容量值SOC2,并采用所述确定的修正方式修正计算得到的电池剩余容量值SOC2。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述控制器为89S51单片机； 所述89S51单片机的P14、P15、P16以及P17 口与所述电压检测电路相连； 所述89S51单片机的P32 口与所述电流检测电路相连； 所述89S51单片机的P33 口与所述温度检测电路相连。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述电压检测电路包括:运算放大器LM324、A/D芯片MCP3208、第一电阻、第二电阻、第三电阻与第四电阻； 所述运算放大器LM324的负相输入端接收所述电池回跳电压信号，所述电池回跳电压信号经由所述第一电阻进入所述运算放大器LM324的负相输入端；所述运算放大器LM324的正相输入端接收IOV基准电压信号，所述IOV基准电压信号经由所述第二电阻进入所述运算放大器LM324的正相输入端；所述运算放大器LM324的正相输入端与输出端相连，所述正相输入端与输出端之间连接所述第三电阻，所述运算放大器LM324的输出端发送模拟信号至所述A/D芯片MCP3208 ;所述运算放大器LM324的负相输入端与所述第四电阻相连，所述第二电阻的另一端接地；所述运算放大器LM324的正相控制端接15V基准电压信号；所述运算放大器LM324的负相控制端接地； 所述A/D芯片MCP3208的I 口接收所述运算放大器LM324发送的模拟信号，9 口与14口相连并接地，10 口接所述控制器的P17 口，11 口接所述控制器的P16 口，12 口输出数字信号并接所述控制器的P15 口，13 口接所述控制器的P14 口，16 口接5V基准电压信号。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述电流检测电路包括第五电阻与第六电阻: 所述第五电阻接收所述电池电流信号，所述第五电阻的另一端与所述第六电阻相连，所述第六电阻的另一端接地，所述第五地电阻与所述第六电阻的连接点与所述控制器相连。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述温度检测电路包括:数字温度传感器DS18B20与第七电阻: 所述数字温度传感器DS18B20的VCC端连接电压VCC相连；所述数字温度传感器DS18B20的DQ端与所述第七电阻相连，所述第七电阻的另一端与所述控制器相连，并连接电压VCC ;所述数字 温度传感器DS18B20的GND端接地。
11.根据权利要求7-10中任意一项所述的装置，其特征在于，还包括显示电路，所述显示电路用于接收所述控制器传送的动力电池剩余容量信号并显示； 所述显示电路包括:三合一共阴LED数码管、4511译码器、7404反相器、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻以及第十四电阻； 所述三合一共阴LED数码管的12 口与所述7404反相器的2 口相连，所述三合一共阴LED数码管的9 口与所述7404反相器的4 口相连，所述三合一共阴LED数码管的8 口与所述7404反相器的6 口相连； 所述7404反相器的I 口与所述控制器的P20 口相连，所述7404反相器的3 口与所述控制器的P21 口相连，所述7404反相器的5 口与所述控制器的P22相连； 所述4511译码器的7 口与所述控制器的P24 口相连，所述4511译码器的I 口与所述控制器的P25 口相连，所述4511译码器的2 口与所述控制器的P26 口相连，所述4511译码器的6 口与所述控制器的P27 口相连，所述4511译码器的3 口与4 口相连并接5V电压信号，所述4511译码器的5 口接地，所述4511译码器的13 口与所述第八电阻相连，并与所述三合一共阴LED数码管的11 口相连，所述4511译码器的12 口与所述第九电阻相连，并与所述三合一共阴LED数码管的7 口相连，所述4511译码器的11 口与所述第十电阻相连，并与所述三合一共阴LED数码管的4 口相连，所述4511译码器的10 口与所述第i^一电阻相连，并与所述三合一共阴LED数码管的2 口相连，所述4511译码器的9 口与所述第十二电阻相连，并与所述三合一共阴LED数码管的I 口相连，所述4511译码器的15 口与所述第十三电阻相连，并与所述三合一共阴LED数码管的10 口相连，所述4511译码器的14 口与所述第十四电阻相连，并与所述三合一共阴LED数码管的5 口相连，所述第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻以及第十四电阻的另一端并联并接5V电压信号。
12.根据权利要求7-10中任意一项所述的装置，其特征在于，还包括报警电路，所述报警电路用于接收所述控制器传送的命令以提供电量不足的报警； 所述报警电路包括:蜂鸣器、三极管及第十五电阻； 所述蜂鸣器一端接地，另一端与所述三极管集电极相连，所述三极管的发射极接5V电压信号，所述三极管的基极与所述第十五电阻相连，所述第十五电阻的另一端与所述控制器的P23 口相连。
13.根据权 利要求7-10中任意一项所述的装置，其特征在于，还包括存储器，所述存储器用于保存SOC值、报警信息等参数，并产生复位信号以保证所述控制器的正常运行； 所述存储器包括:X25024芯片与第十六电阻； 所述X25024芯片的I 口与所述控制器的PlO 口相连，所述X25024芯片的2 口与所述控制器的Pll 口相连，所述X25024芯片的5 口与所述控制器的P12 口相连，所述X25024芯片的6 口与所述控制器的P13 口相连，所述X25024芯片的3 口连接5V电压信号，所述X25024芯片的7 口与所述第十六电阻相连，连接点与所述控制器的RST 口相连，所述第十六电阻的另一端连接5V电压信号。
全文摘要
本发明提供了一种电池剩余容量测量方法及装置，通过电池电流检测以确定是否启动剩余电量检测过程，然后进行电池回跳电压的检测和温度检测，再通过判断电池回跳电压是否大于等于阈值，进行不同的计算方法及温度修正，得到修正后的剩余容量SOC2；本发明公开的电池剩余容量测量方法及装置，只需电池电流检测为零即可检测电池回跳电压并进行计算，不需要长时间的静置以得到开路电压之后再进行电池剩余容量的计算，解决了静置时间长的问题；而且本发明中当检测到电池电流一旦为零，即可启动对电池回跳电压及环境温度的检测，对电池剩余容量进行计算，实现了电池剩余容量的在线测量。
文档编号G01R31/36GK103235264SQ20121044743
公开日2013年8月7日 申请日期2012年11月9日 优先权日2012年11月9日
发明者陈伦琼, 庄志红, 李蓓 申请人:湖南工业大学