电池系统剩余电量估算方法、装置及可读存储介质与流程

1.本技术涉及电池系统技术领域，特别涉及一种电池系统剩余电量估算方法、装置及可读存储介质。


背景技术：

2.目前电池系统的剩余电量和能量计算普遍采用安时积分法、查表法、卡尔曼滤波法等方法进行估计。不过，由于电池系统(尤其是磷酸铁锂体系的电池系统)在充放电过程中，电压在很大电量区间上基本相等，因此若使用查表法或卡尔曼滤波法计算就会带来很大的计算误差，且需在满电量或者空电量时，方能使用电池电压进行查表对剩余电量或能量进行修正，而在实际应用场景下，电池系统很多时候不会充满电，也不会放空电，以致无法触发电压修正条件。
3.因此，大部分情况下，磷酸铁锂电池系统的剩余电量计算只能采用安时积分法进行估算。但是，由于安时积分法是基于电流采样和预设的计算频率来实现，其不仅存在电流采样的误差，且离散的积分和采样还会造成积分误差，进而导致估算得到的剩余电量值准确性差，将偏离真实值；此外，长时间的累计误差也会导致估算得到的剩余电量严重偏离真实值。而当剩余电量值偏离真实值后，基于剩余电量值计算得到的剩余里程、剩余工作时间和充放电限制等数据也将出现误差，以致最终可能给控制系统或者应用带来非常严重的不良影响。


技术实现要素：

4.本技术提供一种电池系统剩余电量估算方法、装置及可读存储介质，以解决相关技术中电池系统剩余电量估算结果准确性差的问题。
5.第一方面，提供了一种电池系统剩余电量估算方法，包括以下步骤：
6.获取从第一电流采样单元发送的主路径电流并计算得到初始主路径电量，获取从第二电流采样单元发送的第一支路电流并计算得到初始第一支路电量；
7.根据所述初始主路径电量和所述初始第一支路电量确定出初始第二支路电量，并根据所述初始主路径电量和所述初始第二支路电量计算得到主路径与第二支路之间的电量比例系数；
8.获取硬件积分器发送的实际第二支路电量，所述实际第二支路电量为硬件积分器对流经所述第二支路的电流进行积分得到；
9.根据所述实际第二支路电量和所述电量比例系数对所述初始主路径电量进行校准，得到实际主路径电量，并根据所述实际主路径电量和电池系统的初始电量计算得到电池系统的剩余电量。
10.一些实施例中，所述硬件积分器为硬件积分电路或用于根据电压确定容量的储能器件。
11.一些实施例中，在所述获取从第一电流采样单元发送的主路径电流并计算得到初
始主路径电量的步骤之前，还包括：
12.检测所述第一电流采样单元上是否存在电流；
13.若存在，则导通第二支路与第一支路之间的回路，执行所述获取从第一电流采样单元发送的主路径电流并计算得到初始主路径电量的步骤；
14.若不存在，则断开所述第二支路与所述第一支路之间的回路。
15.一些实施例中，所述第一电流采样单元为分流器或电流传感器；所述第二电流采样单元为分流器或电流传感器。
16.第二方面，提供了一种电池系统剩余电量估算装置，包括：处理器、第一电流采样单元、第二电流采样单元和硬件积分器；所述处理器分别与所述第一电流采样单元、所述第二电流采样单元和所述硬件积分器电连接；所述第一电流采样单元和所述第二电流采样单元串联后接入电池系统；
17.其中，所述第一电流采样单元设于主路径上，用于采集主路径的主路径电流；
18.所述第二电流采样单元设于第一支路上，用于采集第一支路的第一支路电流；
19.所述硬件积分器设于第二支路上，用于对流经所述第二支路的电流进行积分，得到实际第二支路电量；
20.所述处理器用于：从所述第一电流采样单元获取主路径电流并计算得到初始主路径电量，从所述第二电流采样单元获取第一支路电流并计算得到初始第一支路电量；根据所述初始主路径电量和所述初始第一支路电量确定出初始第二支路电量，并根据所述初始主路径电量和所述初始第二支路电量计算得到主路径与第二支路之间的电量比例系数；从所述硬件积分器获取实际第二支路电量，根据所述实际第二支路电量和所述电量比例系数对所述初始主路径电量进行校准，得到实际主路径电量，并根据所述实际主路径电量和电池系统的初始电量计算得到电池系统的剩余电量。
21.一些实施例中，所述硬件积分器为硬件积分电路或用于根据电压确定容量的储能器件。
22.一些实施例中，所述处理器还用于：
23.检测所述第一电流采样单元上是否存在电流；
24.若存在，则导通第二支路与第一支路之间的回路，执行所述从所述第一电流采样单元获取主路径电流并计算得到初始主路径电量的步骤；
25.若不存在，则断开所述第二支路与所述第一支路之间的回路。
26.一些实施例中，所述第一电流采样单元的连接方式为正接，所述第二电流采样单元的连接方式为反接。
27.一些实施例中，所述第一电流采样单元为分流器或电流传感器；所述第二电流采样单元为分流器或电流传感器。
28.第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，以实现前述的电池系统剩余电量估算方法。
29.本技术提供的技术方案带来的有益效果包括：可有效提升电池系统剩余电量估算的准确性。
30.本技术提供了一种电池系统剩余电量估算方法、装置及可读存储介质，包括获取从第一电流采样单元发送的主路径电流并计算得到初始主路径电量，获取从第二电流采样
单元发送的第一支路电流并计算得到初始第一支路电量；根据初始主路径电量和初始第一支路电量确定出初始第二支路电量，并根据初始主路径电量和初始第二支路电量计算得到主路径与第二支路之间的电量比例系数；获取硬件积分器发送的实际第二支路电量，实际第二支路电量为硬件积分器对流经第二支路的电流进行积分得到；根据实际第二支路电量和电量比例系数对初始主路径电量进行校准，得到实际主路径电量，并根据实际主路径电量和电池系统的初始电量计算得到电池系统的剩余电量。通过本技术，可对主路径和第一支路进行实时电流采集和电量计算，并基于硬件积分器对第二支路上的电流进行实时积分，得到第二支路上的实时电量，再通过第二支路上的实时电量对主路径上的初始主路径电量进行校准，得到主路径上实际消耗的真实电量，即电池消耗的真实电量，并据此计算出电池剩余电量，无需进行adc转化和周期性采样，进而避免了adc转化产生的误差和周期性采样导致的累计误差，从而有效提升了电池系统剩余电量估算的准确性。
附图说明
31.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例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技术的一些实施例，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。
32.图1为本技术实施例提供的一种电池系统剩余电量估算方法的流程示意图；
33.图2为本技术实施例提供的一种电池系统剩余电量估算装置的结构示意图；
34.图3为本技术实施例提供的硬件积分器的电路示意图。
具体实施方式
35.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
36.本技术实施例提供了一种电池系统剩余电量估算方法、装置及可读存储介质，其能解决相关技术中电池系统剩余电量估算结果准确性差的问题。
37.图1是本技术实施例提供的一种电池系统剩余电量估算方法，包括以下步骤：
38.步骤s10：获取从第一电流采样单元发送的主路径电流并计算得到初始主路径电量，获取从第二电流采样单元发送的第一支路电流并计算得到初始第一支路电量；
39.示范性的，参见图2所示，本实施例中将第一电流采样单元和第二电流采样单元串联接入电池系统的第一极(即正极)，当然也可以接入电池系统的负极，具体连接至电池系统的哪一极，根据实际需求确定，在此不作限定；然后通过第一电流采样单元采集主路径上的电流，处理器从第一电流采样单元上获取该主路径上的电流并基于安时积分或福特安时积分方法计算得到该主路径上的初始主路径电量c1；主路径上的电流通过第一电流采样单元后分别流向第一支路和第二支路，第一支路上的电流通过第二电流采样单元进行采集，处理器从第二电流采样单元上获取第一支路上的电流并计算得到该第一支路上的初始第一支路电量c3。需要说明的是，图2中虽然只示出两条支路(即第一支路和第二支路)，但是
可以根据实际需求对电路进行调整，即主路径的分支不仅包括第一支路和第二支路，还可以包括第三支路和第四支路等，并在对应的第三支路和第四支路等支路上对应设置电流采样单元，以采集对应支路上的电流。
40.进一步的，在本技术实施例中，所述第一电流采样单元为分流器或电流传感器，电流传感器又可以为霍尔传感器或磁通门传感器；所述第二电流采样单元为分流器或电流传感器，电流传感器又可以为霍尔传感器或磁通门传感器。
41.示范性的，本实施例中的第一电流采样单元和第二电流采样单元的类型可以根据实际需求进行选择，比如，要想降低成本，可以将电流采样单元设为分流器，不过此时需要处理器来完成高低压的隔离工作，整体电路更为复杂；而要想整体电路更为简单点，可以将电流采样单元设为电流传感器，电流传感器本身就具备高低压隔离的功能，不过成本会更高一些。另外，可以根据实际需求对电流采样单元的类型进行组合，比如，第一种组合：第一电流采样单元为分流器，第二电流采样单元也为分流器；第二种组合：第一电流采样单元为电流传感器，第二电流采样单元为分流器；第三种组合：第一电流采样单元为分流器，第二电流采样单元为电流传感器；第四种组合：第一电流采样单元为电流传感器，第二电流采样单元也为电流传感器。
42.第一电流采样单元和第二电流采样单元还可以采用不同的处理器(甚至某些带有积分功能的adc(analog digit convert，模拟数字转换器)也是可以的)进行电流积分，比如根据第一电流采样单元和第二电流采样单元布置位置来确定处理器，例如当第一电流采样单元和第二电流采样单元距离处理器较远，以致高压线无法连接至处理器时，就可以使第一电流采样单元通过模拟前端芯片进行采样，而使第二电流采样单元通过主mcu(microcontroller unit，微控制单元)进行采样。
43.此外，第一电流采样单元和第二电流采样单元还可以采用不同材料、不同量程和不同厂家的器件，以防止出现共因失效；第一电流采样单元和第二电流采样单元连接时还可以用相反的方向接，比如第一电流采样单元的连接方式为正接，第二电流采样单元的连接方式为反接，计算时再把其中一个取反反向，以消除温度漂移对电流采样单元阻值的影响，进而提高精度。
44.通过上述不同类型、材料等的电流单元的选择以及具有不同连接方式的电流单元均可以在安全实现功能的基础上也能满足对电流采样的要求，有效降低了产品成本。
45.步骤s20：根据所述初始主路径电量和所述初始第一支路电量确定出初始第二支路电量，并根据所述初始主路径电量和所述初始第二支路电量计算得到主路径与第二支路之间的电量比例系数；
46.示范性的，在本技术实施例中，根据处理器积分得到的初始主路径电量c1和初始第一支路电量c3计算第二支路上的初始第二支路电量c2，即c2＝c1-c3；然后再根据初始主路径电量c1和初始第二支路电量c2确定主路径与第二支路之间的电量比例系数k，即k＝c1/c2，以便通过该电量比例系数对初始主路径电量进行修正得到主路径上的实际电量。
47.步骤s30：获取硬件积分器发送的实际第二支路电量，所述实际第二支路电量为硬件积分器对流经所述第二支路的电流进行积分得到；
48.示范性的，在本技术实施例中，由于第二支路上存在硬件积分器，因此可以通过硬件积分器直接积分出通过第二支路的真实电量，即实际第二支路电量c2＇，以便通过该实际
第二支路电量c2＇对初始主路径电量进行修正。
49.进一步的，在本技术实施例中，所述硬件积分器为硬件积分电路或用于根据电压确定容量的储能器件。
50.示范性的，本实施例中的硬件积分器可以是硬件积分电路，也可以是简单的主要由电容或超级电容或电池等组成的能够直接通过电压确定容量的储能器件，具体可根据实际需求确定，在此不作限定；当硬件积分器为主要由电容或超级电容或电池等组成的储能器件时，不仅能够有效降低硬件积分器的电路复杂度，还能够作为备用储能单元给处理器供电，防止处理器突然断电造成数据丢失或者损坏设备，甚至造成人员伤亡，以保证系统的安全运行。当然，当硬件积分器是主要由电容或超级电容或电池等组成的储能器件时，需要通过处理器对积分回路做保护，以防止器件出现过充或过放的问题。
51.进一步的，在本技术实施例中，在所述获取从第一电流采样单元发送的主路径电流并计算得到初始主路径电量的步骤之前，还包括以下步骤：
52.检测所述第一电流采样单元上是否存在电流；
53.若存在，则导通第二支路与第一支路之间的回路，执行所述获取从第一电流采样单元发送的主路径电流并计算得到初始主路径电量的步骤；
54.若不存在，则断开所述第二支路与所述第一支路之间的回路。
55.示范性的，当硬件积分器是主要由电容或超级电容或电池等组成的储能器件时，需要通过第一电流采样单元上的电流对硬件积分回路进行控制，即当第一电流采样单元上没有电流时，断开第二支路和第一支路之间的回路，当第一电流采样单元上有电流时，则导通第一支路和第二支路之间的回路。
56.步骤s40：根据所述实际第二支路电量和所述电量比例系数对所述初始主路径电量进行校准，得到实际主路径电量，并根据所述实际主路径电量和电池系统的初始电量计算得到电池系统的剩余电量。
57.示范性的，在本技术实施例中，通过实际第二支路电量c2＇和电量比例系数k对初始主路径电量c1进行校准，得到通过主路径的实际主路径电量c1＇，即c1＇＝k
×
c2＇＝c1/c2
×
c2＇，而c1＇就是电池系统消耗或者获得的电量，进而就可以根据实际主路径电量c1＇和电池系统的初始电量准确计算出电池剩余电量。
58.由此可见，通过本技术可对主路径和第一支路进行实时电流采集和电量计算，并基于硬件积分器对第二支路上的电流进行实时积分，得到第二支路上的实时电量，再通过第二支路上的实时电量对主路径上的初始主路径电量进行校准，得到主路径上实际消耗的真实电量，即电池消耗的真实电量，并据此计算出电池剩余电量，无需进行adc转化和周期性采样，进而避免了adc转化产生的误差和周期性采样导致的累计误差，得到更高的积分精度，从而有效提升了电池系统剩余电量估算的准确性。
59.参见图2所示，本技术实施例还提供了一种电池系统剩余电量估算装置，包括：处理器、第一电流采样单元、第二电流采样单元和硬件积分器；所述处理器分别与所述第一电流采样单元、所述第二电流采样单元和所述硬件积分器电连接；所述第一电流采样单元和所述第二电流采样单元串联后接入电池系统；
60.其中，所述第一电流采样单元设于主路径上，用于采集主路径的主路径电流；
61.所述第二电流采样单元设于第一支路上，用于采集第一支路的第一支路电流；
62.所述硬件积分器设于第二支路上，用于对流经所述第二支路的电流进行积分，得到实际第二支路电量；
63.所述处理器用于：从所述第一电流采样单元获取主路径电流并计算得到初始主路径电量，从所述第二电流采样单元获取第一支路电流并计算得到初始第一支路电量；根据所述初始主路径电量和所述初始第一支路电量确定出初始第二支路电量，并根据所述初始主路径电量和所述初始第二支路电量计算得到主路径与第二支路之间的电量比例系数；从所述硬件积分器获取实际第二支路电量，根据所述实际第二支路电量和所述电量比例系数对所述初始主路径电量进行校准，得到实际主路径电量，并根据所述实际主路径电量和电池系统的初始电量计算得到电池系统的剩余电量。
64.示范性的，本实施例中将第一电流采样单元和第二电流采样单元串联接入电池系统的第一极(即正极)，且电池系统的负极通过l/c(即负载或充电机等)与第一支路和第二支路形成闭合回路；然后通过第一电流采样单元采集主路径上的电流，处理器从第一电流采样单元上获取该主路径上的电流并基于安时积分或福特安时积分方法计算得到该主路径上的初始主路径电量c1；主路径上的电流通过第一电流采样单元后分别流向第一支路和第二支路，第一支路上的电流通过第二电流采样单元进行采集，处理器从第一电流采样单元上获取第一支路上的电流并计算得到该第一支路上的初始第一支路电量c3。需要说明的是，图2中虽然只示出两条支路(即第一支路和第二支路)，但是可以根据实际需求对电路进行调整，即主路径的分支不仅包括第一支路和第二支路，还可以包括第三支路和第四支路等，并在对应的第三支路和第四支路等支路上对应设置电流采样单元，以采集对应支路上的电流。
65.处理器根据积分得到的初始主路径电量c1和初始第一支路电量c3计算第二支路上的初始第二支路电量c2，即c2＝c1-c3；然后再根据初始主路径电量c1和初始第二支路电量c2确定主路径与第二支路之间的电量比例系数k，即k＝c1/c2；由于第二支路上存在硬件积分器，因此可以通过硬件积分器直接积分出通过第二支路的真实电量，即实际第二支路电量c2＇；然后再通过实际第二支路电量c2＇和电量比例系数k对初始主路径电量c1进行校准，得到通过主路径的实际主路径电量c1＇，即c1＇＝k
×
c2＇＝c1/c2
×
c2＇，而c1＇就是电池系统消耗或者获得的电量，进而就可以根据实际主路径电量c1＇和电池系统的初始电量准确计算出电池剩余电量。
66.由此可见，通过本技术中的第一电流采样单元和第二电流采样单元可对主路径和第一支路进行实时电流采集并通过处理器进行电量计算，且基于硬件积分器对第二支路上的电流进行实时积分，得到第二支路上的实时电量，处理器再通过第二支路上的实时电量对主路径上的初始主路径电量进行校准，得到主路径上实际消耗的真实电量，即电池消耗的真实电量，并据此计算出电池剩余电量，无需进行adc转化和周期性采样，进而避免了adc转化产生的误差和周期性采样导致的累计误差，得到更高的积分精度，从而有效提升了电池系统剩余电量估算的准确性。
67.进一步的，在本技术实施例中，所述硬件积分器为硬件积分电路或用于根据电压确定容量的储能器件。
68.示范性的，本实施例中的硬件积分器可以是硬件积分电路，也可以是简单的主要由电容或超级电容或电池等组成的能够直接通过电压确定容量的储能器件，具体可根据实
际需求确定，在此不作限定。
69.当硬件积分器为主要由电容或超级电容或电池等组成的储能器件时，硬件积分器的电路组成参见图3所示，其中，优选三元电池作为硬件积分器的核心器件，图3中的i是硬件积分器的隔离电路，g是放大电路，s1和s2是mos管，a和b为电流输入和输出(根据充放电的不同，可以将a设为输出，b设为输入)，e是电池，m是硬件积分器和处理器的接口；其中，接口可以是通信接口，处理器通过通信控制m让s2断开或者闭合，m直接采集e的电压，通过通信传输给处理器；接口也可以是模拟量接口，处理器直接通过模拟量采集e的电压和控制s2的断开和闭合。
70.因此，当电池系统放电时，电流从a流入电池e，再从b流出，此时电池e充电(e也可以反向接，电池系统放电时，e也放电)；当电池系统充电时，电流从b流入电池e，再从a流出，此时电池e放电(e也可以反接，电池系统充电时，e也充电)。由此可见，通过采集电池e的电压，即可确定电池e的容量，进而用于计算通过硬件积分器的容量。
71.进一步的，在本技术实施例中，所述处理器还用于：
72.检测所述第一电流采样单元上是否存在电流；
73.若存在，则导通第二支路与第一支路之间的回路，执行所述从所述第一电流采样单元获取主路径电流并计算得到初始主路径电量的步骤；
74.若不存在，则断开所述第二支路与所述第一支路之间的回路。
75.所述第一电流采样单元的连接方式为正接，所述第二电流采样单元的连接方式为反接。
76.进一步的，在本技术实施例中，所述第一电流采样单元的连接方式为正接，所述第二电流采样单元的连接方式为反接。
77.示范性的，本实施例中的第一电流采样单元和第二电流采样单元连接时还可以用相反的方向接，比如第一电流采样单元的连接方式为正接，第二电流采样单元的连接方式为反接，计算时再把其中一个取反反向，以消除温度漂移对电流采样单元阻值的影响，进而提高精度。
78.进一步的，在本技术实施例中，所述第一电流采样单元为分流器或电流传感器；所述第二电流采样单元为分流器或电流传感器。
79.需要说明的是，所属本领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的装置和各单元的具体工作过程，可以参考前述电池系统剩余电量估算方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
80.本技术实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现前述的电池系统剩余电量估算方法的全部步骤或部分步骤。
81.本技术实施例实现前述的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(read-only memory，rom)、随机存取存储器(random access memory，ram)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，计算机可读介质
包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
82.本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、服务器或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
83.本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
84.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
85.以上所述仅是本技术的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。