一种充电电池电量的检测方法与流程

本发明涉及电池电量检测方法领域，更具体地说，涉及一种充电电池电量的检测方法。
背景技术：
：随着手机，智能穿戴，电脑等等电子设备越来越普及，电池成为人们日程生活中必不可少的的组成部分，电池电量的精确表示也成了电子设备的一个重要性能指标，因为电池的电量是随放电时间不断变化，且与负载有很大关联。测量电池容量一般就是测量电池电压。充电器在充电时检测电池电压，当电压达到规定电压值时就认为电池电量充满。一般充电电量检测状态均为提示充电或运用电流等进电量预估，误差较大，会产生偏离30％以上的虚高。在不使用价格高昂的电量计前提下，电量检测在充电状态下电池电压虚高，导致电池电量测量不准确，故使用纯模拟电量采集的状态误差偏大。中国专利申请，申请号201310590560.2，公开日2014年9月3日，公开了一种电池的电量计量系统，该系统包括：电池电压采集模块以及微处理器模块。电池电压采集模块的输入端与电池连接且用于采集电池的端电压。微处理器模块与电池电压采集模块的输出端连接，用于接收电池的端电压，并估算电池剩余电量。其中，微控处理器模块根据电池的端电压及内建电池模型估算电池开路电压，再依据典型锂离子电池的soc-ocv关系推算出电池的剩余电量。通过上述方式，该发明能够保持电池的电量计量的精确度，并能将电量计量系统设置在电池的内部或者外部。该发明中开路检测为估算出电池开路电压，实际电压并不是电池开路状态下的实际电压，由于有动态输出负载，估算数值并不准确。且其使用的电池模型需要在输出电路额外增加电阻开销，输入阻抗增加，需要靠硬件上实现电压测量，如电流输出较大会额外增加消耗。技术实现要素：1.要解决的技术问题针对现有技术中存在的充电状态下电池电量检测不准，高精度检测方式机构以及计算复杂，检测成本高的问题，本发明提供了一种充电电池电量的检测方法，它可以实现在充电状态下对电量进行监控检测，起到提示电量的目的，将误差控制在10％以内，且无需额外增加监控负载，成本低，模块少，计算量低，开发时间短，应用场景广泛。2.技术方案本发明的目的通过以下技术方案实现。一种充电电池电量的检测方法，包括以下步骤，硬件通过usb连接主控器mcu的i/o口，硬件检测电池工作时电压和断电后电池的开路电压，根据检测获得不同类型电压进行压差运算、负载运算或数模转换，判定实际电池电量。要实现在充电状态下的电压检测，及异常状态处理，通过对电池特性曲线进行分析，使用间断式电压抬升判定，在变量时间内关闭充电使能。在充电过程中通过短时间关闭充电使能，使得电池电压恢复至放电状态后，测试电池电压，间隔一定时间后，再次检测电池电压，通过电压跌落，当前电压等可以计算出实时电压，获取较为准确的电量数值。本检测方式实施简单，检测模块少，成本低，计算量小，逻辑简单，但将测量误差率控制在10％之内，且可以在充电过程中对电量值进行同步提示，实时跟踪电池电压，保证充电状态拔出时电压不会引起突变。本发明的电源采集方案为软件控制充电开合使能，在不增加额外限流电流的前提下，直接换算得出实际电压，避免依靠硬件实现的电压测量在电流过大的时候产生额外的消耗。更进一步的，主控器mcu通过采集i/o口电平变化情况检测连接情况，进一步获得不同状态下的电压。在充电过程中，靠监听usb口插入判定插入效果，快速进行电压换算，获取到电池真实电量。主控器mcu的i/o口利用三极管的开关效应判定不同的插入效果，当信号为低电平时，电路连接，当信号为高电平时，电路为开路状态。通过i/o口电平变化情况判断电池连接情况检测电压，本发明通过对电池进行开路后，换算得到的电池开路电压为实际采集电压，通过输出电压换算出实际数值，数据更准确。更进一步的，在充电状态下，电池电量的判定方法为首先获取预估电压偏移值，其次进行压差运算和负载运算，得到输出电量值。先获取充电过程中的电量值，其次获取断电过程中的电量值，再进行压差运算计算预估电压带载电压，然后通过负载运算计算出外端等效阻抗，根据压差运算和负载运算结果得到输出的实际电量值，最后恢复充电状态。充电过程中靠监听usb口插入判定插入效果，快速进行电压换算，获取到电池真实容量更进一步的，在充电过程中拔出电池，电池电量判定方法为获取两次电池开路电量值，分别进行负载计算，得到输出电量值。充电过程中拔出状态先获取断电状态电量，通过断电状态电量进行负载运算计算出外端等效阻抗，然后获取二次断电电量，根据二次断电电量再次进行负载运算，根据两次负载运算计算结果得到输出的实际电量值。充电过程中拔出，会使得电池电压一段时间内保持较高的电池电压，同时电池负载增加，会产生一定的电量跌落。故通过压降差值及负载综合运算后，可以得到相对可靠电池预估容量，作为电池电压检测。更进一步的，在未充电过程中，电池电量判定方法为获取两次电池开路电量值，分别进行模数转换，得到电池电量。在未充电状态下先获取断电电量值，根据获得电量值通过模数转换得到电压值，然后获取二次断电电量值，根据二次获取电量值再次进行模数转换，二次运算直接用来消抖，采集两次电量值取平均数，得到输出电量值。由于电池的应用负载时会动态变化的，故在不同的应用下电池电压会有所波动，通过对一段时间内的电池电压均衡运算后，获得稳定的差值预估uad，若期望和实际运算相差较小则判定为可靠电量，从而提升检测的精准度。更进一步的，预估电压偏移值根据硬件获取到的两个时刻电压，通过模拟电池电量曲线表获取到。硬件获取到两个时刻的电压，通过模拟电池电量曲线表获取到预估电压偏移值。在t1时刻采集到电压u1，间隔一段时间后，在t2时刻采集到电压u2，通过模拟电池电量曲线表获取到预估电压偏移值uoffset，δt为t2与t1两个时刻的差值，ut为当前时刻的采集的实时电压。更进一步的，压差运算为用断电后的电压与预估偏移值计算得到预估电压带载实际电压ureal，ureal＝ut-uoffset。根据本发明中硬件获取到的两个时刻电压，进行压差运算，获取预估电压偏移值，计算过程简单，不需要额外使用其他软件辅助，计算成本低，但因为获取电池电量的方式是根据电池不同的状态下获得，检测的精度较同类方法相比有所提升。更进一步的，负载运算为根据电压及等效内阻计算出输出电流，进而得到外端等效阻抗rout，rbat为电池的等效内阻，本发明的负载运算不需要额外增加监控负载部分，成本低，功耗低。更进一步的，数模运算为基础运算，将a/d值转换为电压值，a/d值取自芯片内部集成10位的adc模块，采集到寄存器内有10位adc数值，最大的为210即1024，nad为采样的a/d值与uvdd电源电压相乘结果。更进一步的，模拟电池电量曲线表根据不同电池测试充放电时间获得，通过测量多组状态取得平均状态，多次数据的测量保证模拟电池电量曲线的准确性。本发明的电池电量检测方法成本低，相较于高精度的电池电量检测工具计算模块少，辅助测量工具少，无需额外增加监控负载部分以及硬件部分，只需要获取电池的不同状态下电量，进行相应的压差运算、负载运算或数模运算，检测过程中对硬件和软件的要求低，系统开发时间短，应用场景十分广泛。由于本发明算法简单，计算逻辑简单，计算量低，在应用过程中功耗也就小；针对本发明电池电量的检测应用，在算法简单，计算量低，低功耗低成本的情况下，本发明检测效果相对同类型方案精度提升，根据快充和慢充表现不一致，慢充状态下误差在4％以下，快充状态误差在8％左右，总体数据计算误差控制在10％之内。3.有益效果相比于现有技术，本发明的优点在于：本发明通过间断式电压抬升判定电池电量，且变量时间内关闭充电使能，检测过程实现方便，只需检测不同状态下的电压值并进行相应的计算，无需额外增加监控负载部分以及硬件部分，节约检测成本，系统开发时间短，应用场景十分广泛；在检测过程不增加使用电量计的前提下，电量检测逻辑控制简单，实行方便，充电过程中电量值进行同步提示，实时跟踪电池电压，保证充电状态拔出时电压不会引起突变。本发明检测效果相对同类型方案精度提升，根据快充和慢充表现不一致，慢充状态下误差在4％以下，快充状态误差在8％左右，总体数据计算误差控制在10％之内。附图说明图1为本发明的流程示意图；具体实施方式下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。实施例1要实现在充电状态下的电压检测，及异常状态处理，通过对电池特性曲线进行分析，使用间断式电压抬升判定，在变量时间内关闭充电使能。在充电过程中通过短时间关闭充电使能，使得电池电压恢复至放电状态后，测试电池电压，根据查找电池模拟电量曲线，间隔一定时间后，再次检测电池电压，通过电压跌落，当前电压等可以计算出实时电压，获取较为准确的电量数值，电池模拟电量曲线表依据测试获得。在t1时刻采集到电压u1，间隔一端时间δt后，t2时刻采集到电压u2，通过模拟电池电量曲线表获取到预估电压偏移值uoffset，模拟电池电量曲线表根据不同电池测试充放电时间获得，通过测量多组状态取得平均状态，ut为当前时刻的采集的实时电压。获得预估电压偏移值后，用断电后电压减去预估电压偏移值，进行压差运算，得到预估电压带载实际电压ureal。在充电过程中，靠监听usb口插入判定插入效果，快速进行电压换算，获取到电池真实容量；使用硬件usb检测，将usb与主控器mcu的i/o口相接，mcu主控器通过采集i/o口电平变化状态，检测连接；利用三极管的开关效应，当信号为低电平时，电路连接，当信号为高电平时，电路为开路状态。充电过程中的电池电量判定方法为：充电→获取电量值→断电→获取电量值→压差运算→负载运算→输出电量→恢复充电。其中压差运算为用断电后电压减去电压预估偏移值，得到预估电压带载实际电压ureal，ureal＝ut-uoffset。负载运算是通过采集电压除以电池等效内阻获得输出电流，进而得到外端等效阻抗rout，rbat为电池的等效内阻。通过换算电池换算放电曲线，在不同场景下的数据补充得到的实际值，与我们电池采集所得放电时间的误差做比较，换算电压与实测电压之间的值如表1所示，误差远小于现有技术因充电状态下的电池电量检测不准造成的误差偏离30％以上的虚高。通过测试结果分析可得测试时充电状态不同误差值不同，电池电量检测方法的算法一致，使用快充和慢充结果表现不一，慢充状态下能保证误差数据在4％以下，快充状态误差会达到7％-8％。且本发明检测方法简单，过程实现方便，只需检测不同状态下的电压值并进行相应的计算，无需额外增加监控负载部分以及硬件部分，节约检测成本，系统开发时间短，应用场景十分广泛；本发明的电源采集方案为软件控制充电开合使能，在不增加额外限流电流的前提下，直接换算得出实际电压，避免依靠硬件实现的电压测量在电流过大的时候产生额外的消耗；本发明在检测过程不增加使用电量计的前提下，电量检测逻辑控制简单，实行方便，充电过程中电量值进行同步提示，实时跟踪电池电压，保证充电状态拔出时电压不会引起突变。表1序号换算电压实测电压实际误差序号换算电压实测电压实际误差13.52613.5411-0.42％143.92063.9923-1.80％23.64963.783-3.53％153.964.0042-1.10％33.65613.7229-1.79％164.07214.1257-1.30％43.69483.7597-1.73％174.0894.1365-1.15％53.71413.784-1.85％184.12124.1731-1.24％63.74643.8144-1.78％194.1474.1958-1.16％73.77873.8477-1.79％204.19934.2291-0.70％83.79163.8412-1.29％214.19934.2251-0.61％93.79163.8612-1.80％224.21874.2483-0.70％103.7983.8659-1.76％234.23164.2536-0.52％113.82383.8922-1.76％244.2384.2719-0.79％123.85613.9247-1.75％254.32194.3528-0.71％133.8693.9399-1.80％实施例2本实施例与实施例1相同，不同之处在于，是在充电过程中拔出的电池检测电量方法。在充电过程中拔出，会使得电池电压一段时间内保持较高的电池电压，同时电池负载增加，会产生一定的电量跌落，降低电压检测的准确性。因此，通过压差计算压降差值及综合负载运算后，可以得到相对可靠电池预估电量。充电过程中拔出的电池电量判定方法为：充电→断电→获取电量值→负载运算→获取二次电量→二次负载运算→输出电量，负载运算与实施例1中算法一致，偏移参数不同，因为关机负载与开机负载默认不同，当有开启时，负载偏移按照当前预估电压偏移值增加偏移，待机下按照低负载降低偏移参数。在计算时使用二次负载运算，两次负载运算方法一致，二次运算增加了运算的可靠性。实施例3本实施例与实施例1相同，不同之处在于，是在未充电过程中检测电量。由于电池的应用负载时会动态变化，在不同的应用下电池电压会有所波动，通过对一端时间内的电池电压均衡运算后，获得稳定的差值预估，若期望和实际运算相差较小则判定为可靠电量，当误差较大时本次运算判定为异常结果，加入到异常计数，如果连续五次以上出现异常，则将差值取平均叠加到现有的基准上，用以维护环境变化，从而提升检测的精准度。未充电过程中电池电量的判定方法：断电→获取电量值→运算→获取电量值→二次运算→输出电量，运算为基础运算，将a/d值转化为电压值，计算结果uad为实际电压，二次运算和运算的方法一致，二次运算直接用来消抖，实际结果采集两次计算电量值取平均值，a/d值取自芯片内部集成10位的adc模块，采集到寄存器内有10位adc数值，最大的为210即1024，nad为采样的a/d值与uvdd电源电压相乘结果。以上示意性地对本发明创造及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，在不背离本发明的精神或者基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。附图中所示的也只是本发明创造的实施方式之一，实际的结构并不局限于此，权利要求中的任何附图标记不应限制所涉及的权利要求。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本专利的保护范围。此外，“包括”一词不排除其他元件或步骤，在元件前的“一个”一词不排除包括“多个”该元件。产品权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。当前第1页1 2 3