CN102508170B - 一种蓄电池容量监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蓄电池容量监测方法，包括以下步骤：1)充电过程中判断当前蓄电池是否已经为满充状态:2)放电过程中判断当前蓄电池是否已经为完全放电。本发明能为蓄电池用户提供实时准确的容量值，同时也能为蓄电池用户判断当前蓄电池是否满足用户需求；蓄电池在充电过程中浮充时间越长会造成充电能量的浪费，蓄电池在放电过程中过放次数越多会造成蓄电池使用寿命的减短，本发明可以为蓄电池用户提供科学准确的判断，以避免浮充和过放等现象。

Description

一种蓄电池容量监测方法

技术领域

本发明涉及蓄电池容量和蓄电池使用状态的精确监测方法，属于蓄电池技术领域。

背景技术

市场上存在多种蓄电池容量显示的设备或功能，其主要的测量方法都是通过端电压为测量参数。但由于蓄电池在使用过程中，经常会出现浮充现象，也会经常出现过放现象，同时，蓄电池的端电压在放电或充电过程中是非线性变化，很难精确测量蓄电池的实际容量。

对于可充蓄电池，整个行业在监测时也多半充分充放电的次数作为可充蓄电池质量的重要衡量标准。但由于蓄电池在每次使用过后其容量都会发生变化，也就是说每次能存储或释放的电量都会不同，单纯使用循环使用次数，不足以准确和科学地评判蓄电池质量的好坏。

由于上述两个重要影响因数，蓄电池在实际使用中，都是按一定的使用时间进行维护或更新，这无形中给蓄电池生产商和蓄电池用户造成了大量不必要的浪费，与此同时，蓄电池用户也无法准确***地了解当前所使用的蓄电池的状态。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是有效为蓄电池用户实时准确地提供所使用的蓄电池状态的数据信息。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种蓄电池容量监测方法，包括以下步骤：

1)蓄电池监测参数初始化：

11)定义本次满充时蓄电池的容量为变量C(s)；

12)定义在t时刻蓄电池的剩余容量为变量C(p)；

13)定义Δt为蓄电池的电流采集时间粒度；

2)充电过程中判断当前蓄电池是否已经为满充状态:

利用式(1)计算充电单位时间容量变化率ε

$\mathrm{\ϵ}={\∫}_t^{t+\mathrm{\Δt}}I\left(t\right)\mathrm{dt}/C\left(s\right);$    式(1)

如果ε≤μ1，判断为蓄电池处于满充状态；

3)放电过程中判断当前蓄电池是否已经为完全放电:

利用式(2)计算放电单位时间容量变化率Φ

$\mathrm{\Φ}={\∫}_t^{t+\mathrm{\Δt}}I\left(t\right)\mathrm{dt}/C\left(s\right);$    式(2)

如果：Φ≤μ2，判断为蓄电池处于完全放电状态，

其中：I(t)为蓄电池t时刻充电或放电的电流；

为蓄电池t时刻充电或放电的安时容量；

μ1为用户设定的蓄电池满充时容量标准，即单位时间粒度内容量变化率;μ2为用户设定的蓄电池完全放电时容量标准。

本发明所达到的有益效果为：

本发明提供的精确容量算法，能为蓄电池用户提供实时准确的容量值，同时也能为蓄电池用户判断当前蓄电池是否满足用户需求；蓄电池在充电过程中浮充时间越长会造成充电能量的浪费，蓄电池在放电过程中过放次数越多会造成蓄电池使用寿命的减短，本发明可以为蓄电池用户提供科学准确的判断，以避免浮充和过放等现象。

本发明提供的检测和监测***，不但能为蓄电池用户提供蓄电池使用状态的判断依据，同时能为蓄电池用户提供定量的蓄电池质量好坏评判标准；甚至能为整个蓄电池行业提供一套全新的蓄电池质量评测标准；

蓄电池，已是现代社会更是未来社会的重要能源供给方式，被广泛地应用于各行各业。蓄电池在为人类社会提供便利的同时，也给人类社会的生存环境造成巨大压力。

使用了本发明后，整个蓄电池维护和更新的模式将会发生改变，原来的按批按使用时间维护或更新，将会变为按只按当前实际使用状态进行维护或更新，这不但能有效降低蓄电池用户的投资成本，也能有效减少蓄电池污染给人类社会造成的环境压力。

附图说明

图1为本发明方法中蓄电池充电过程中电流变化示意图；

图2为本发明方法中蓄电池工作放电过程中电流变化示意图；

图3为本发明方法中蓄电池实际剩余容量计算示意图；

图4为本发明方法中蓄电池若干次使用过程中实际容量变化示意图；

图5为本发明实施例中监测***的结构示意图；

图6为本发明方法中的计算流程示意图。

具体实施方式

本发明的蓄电池容量监测方法，包括以下步骤：

第一步：为用户提供自动或者自定义的测量参数的设定，具体包括但不限定下列参数的设定：

自动或者自定义设定蓄电池满充的容量标准；

自动或者自定义设定蓄电池完全放电的容量标准；

自动或者自定义设定精确测量蓄电池容量的时间粒度；

自动或者自定义设定蓄电池容量的数值计算方法（最近连续N次容量测量均值）；

自动或者自定义设定蓄电池状态（良好，一般，失效）的容量标准；

第二步：根据用户设定的测量参数进行计算，具体包括但不限定下列参数计算：

根据用户设定的蓄电池满充的容量标准，判断蓄电池是否已经满充，并计算出此次满充后的容量；

根据用户设定的蓄电池完全放电的容量标准，判断蓄电池是否已经完全放电，并计算出此次完全放电后的剩余容量；

根据用户设定的蓄电池容量的数据计算方法，计算出当前蓄电池的实际可用容量；

第三步：根据用户设定的精确测量蓄电池容量的时间粒度，同时根据实时测量出的充电/放电的电流，计算出当前时刻充电/放电的蓄电池容量的变化值，从而进一步地，计算出蓄电池的当前容量；

再而进一步地，根据计算出按照当前蓄电池容量的变化值和当前容量，计算出充电/放电时间；

第四步：根据用户设定的蓄电池状态的容量标准，判断出蓄电池的当前状态；

较佳地，进一步包括：

实时地精确地测量蓄电池充电或放电的电流是所有测量和计算参数的必要基础；

用户设定的蓄电池满充的容量标准，定义为，过去若干特定时间（Δt小时）内，充电电流变化值（ΔI）或者充电容量变化值无限逼近某个设定的值。

用户设定的蓄电池完全放电的容量标准，定义为，过去若干特定时间（Δt小时）内，放电电流变化值（ΔI）或者放电容量变化值无限逼近某个设定的值。

在一个完整的蓄电池满充和完全放电过程中，可以存在多次的充电或放电过程；与此相对应地，在进行当前蓄电池容量计算过程中，需要多次加上或减去容量变化值。

判断蓄电池状态的容量标准，可以是过去一次或多次所测量出的满充容量均值；

本发明中的蓄电池容量精确测量的监测***，具体包括但不限于下列功能模块：

数据采集功能，采集的数据主要包括按用户设定的时间粒度采集的电流信息；

数据传输功能，通过有线或无线的传输方式实时的传输所采集到的数据；

数据集成显示功能，通过对实时采集到的数据经过分析后输出到显示终端以监测当前蓄电池使用状态；

较佳地，进一步包括：

被监测蓄电池可以是单个蓄电池，也可以是一组蓄电池；

数据传输包括必要的数据发送和数据接收功能或装置；

被传输的数据，可以是采集到的原始数据，也可以是经过分析后的数据；

***中各个功能，可以集成实现，也可以通过独立的硬件设备独立实现。

鉴于本发明重点在于精确容量计算，下面结合附图对本发明的算法的具体计算过程及实施进行说明。

在进行算法原理说明前，设定下列几个通用变量：

蓄电池t时刻充电或放电的电流定义为I(t)；

蓄电池的电流采集时间粒度定义为Δt；

蓄电池t时刻充电或放电的安时容量定义为

图1为本发明算法中蓄电池充电过程中电流变化示意图，从该示意图中，我们可以看出，在接近满充时，电流变化越来越小，由此，我们可以根据用户设定的满充标准，判断当前是否已经为满充状态，具体计算过程：

$\mathrm{\ϵ}={\∫}_t^{t+\mathrm{\Δt}}I\left(t\right)\mathrm{dt}/C\left(s\right);$    式(1)

如果ε≤μ1，判断为蓄电池处于满充状态；

图中I(s)：蓄电池起始充电电流；I(t)：蓄电池t时刻充电电流；I(p)：蓄电池满冲充电电流。

图2为本发明算法中蓄电池工作放电过程中电流变化意图，从该示意图中，我们可以看出，在接近完全放电时，电流的变化同样越来越大，同样地，可以根据用户设定的完全放电标准，判断当前是否已经为完全放电，具体计算过程：

利用式(2)计算放电单位时间容量变化率Φ

$\mathrm{\Φ}={\∫}_t^{t+\mathrm{\Δt}}I\left(t\right)\mathrm{dt}/C\left(s\right);$    式(2)

如果：Φ≤μ2，判断为蓄电池处于完全放电状态，

图中I(s)：蓄电池起始工作电流；I(t)：蓄电池t时刻工作电流；I(p)：蓄电池无法工作电流。

图3为本发明算法中蓄电池实际剩余容量计算示意图，由于在一次完整的满充和完全放电过程中，可能存在多次的充电和放电过程，但其实际剩余容量的计算方法一致，我们定义：

本次满充时，蓄电池的容量定义为变量C(s)；

在t时刻，蓄电池的剩余容量定义为变量C(p)；

在过去特定时间内，即[t～tx]内，蓄电池容量的变化定义为：

$\mathrm{\ΔC}={\∫}_t^{\mathrm{tx}}I\left(t\right)\mathrm{dt};$

在计算tx时刻蓄电池的剩余容量，可以通过下列计算公式：

C(p)=C(s)±ΔC；

图中C(s)：蓄电池起始安时容量；C(t)：蓄电池t时刻已用安时容量；

C(p)：蓄电池剩余安时容量。

图4为本发明算法中蓄电池若干次使用过程中实际容量变化示意图，在蓄电池实际的使用过程中，经过多次的充放电后，其容量逐渐变小，也就是，在m次完整满充和完全放电过程后，第m+1次的C(s)即为图4中的C(m)，其计算可以根据设定的算法进行计算，在本发明中，限定算法为取最近过去N次容量的均值，即：

C(s[m+1])={C(m-n+1)+C(m-n+2)+…+C(m)}/n；

本发明还包括根据当前剩余容量和当前蓄电池容量的变化量计算剩余放电时间T(p)的步骤，即：T(p)=C(p)/ΔC。

图中C(b)：蓄电池首次使用安时容量；C(m)：蓄电池使用m次后安时容量；

C(d)：蓄电池失效时安时容量。

本发明还包括对于被监测蓄电池或蓄电池组，通过对C(s)的实时计算监测出该蓄电池或该蓄电池组中具体某个蓄电池是否已经失效,具体方法为：

计算∏=C(s)/C(0)；

如果：∏≤μ3，判断为蓄电池处于失效状态，

其中：定义额定的满充时蓄电池的容量为变量C(0)；μ3为用户设定的蓄电池失效容量标准。

基于同一发明的精确容量算法，本发明实施例中还提供了一种监测***，图5为本发明实施例中监测***的结构示意图，本发明中的蓄电池容量精确测量的监测***，具体包括但不限于下列功能模块：

数据采集功能模块，采集的数据主要包括按用户设定的时间粒度采集的电流信息；

数据传输功能模块，通过有线或无线的传输方式实时的传输所采集到的数据；

数据集成显示功能模块，通过对实时采集到的数据经过分析后输出到显示终端以监测当前蓄电池使用状态；

较佳地，进一步包括：

被监测蓄电池可以是单个蓄电池，也可以是一组蓄电池；

数据传输包括必要的数据发送和数据接收功能或装置；

被传输的数据，可以是采集到的原始数据，也可以是经过分析后的数据；***中各个功能，可以集成实现，也可以通过独立的硬件设备独立实现。

图6为本发明算法及实施例中的计算流程示意图，如图所示，其重要步骤包括：

1.参数初始化[C(s)/C(p)/Δt/C(t)/ΔC(t)]

2.采集t时刻电流I(t)

3.判断电池状态(充电/放电)

4.计算放电容量变化ΔC(t)

5.计算充电容量变化ΔC(t)

6.判断电池是否完全放电

7.判断电池是否完全充电

8.更新电池总容量变化C(t)

9.更新完全放电后电池容量C(p)

10.更新完全充电后电池容量C(s)

11.计算并显示电池容量参数[C(s)/C(p)/C(t)]等

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、集成***、或相应的产品。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。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（***）、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。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种蓄电池容量监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)蓄电池监测参数初始化：

11)定义本次满充时蓄电池的容量为变量C(s)；

12)定义在t时刻蓄电池的剩余容量为变量C(p)；

13)定义Δt为蓄电池的电流采集时间粒度；

2)充电过程中判断当前蓄电池是否已经为满充状态:

利用式(1)计算充电单位时间容量变化率ε

$\mathrm{\ϵ}={\∫}_t^{t+\mathrm{\Δt}}I\left(t\right)\mathrm{dt}/C\left(s\right);$    式(1)

如果ε≤μ1，判断为蓄电池处于满充状态；

3)放电过程中判断当前蓄电池是否已经为完全放电:

利用式(2)计算放电单位时间容量变化率Φ

$\mathrm{\Φ}={\∫}_t^{t+\mathrm{\Δt}}I\left(t\right)\mathrm{dt}/C\left(s\right);$    式(2)

如果：Φ≤μ2，判断为蓄电池处于完全放电状态，

其中：I(t)为蓄电池t时刻充电或放电的电流；

为蓄电池t时刻充电或放电的安时容量；

μ1为用户设定的蓄电池满充时容量标准，即单位时间粒度内容量变化率;μ2为用户设定的蓄电池完全放电时容量标准。

2.根据权利要求1所述的蓄电池容量监测方法，其特征在于：还包括计算蓄电池实际剩余容量的步骤，在过去的[t～tx]时间内，蓄电池容量的变化量为：

$\mathrm{\ΔC}={\∫}_x^{\mathrm{tx}}I\left(t\right)\mathrm{dt};$

通过下式计算tx时刻蓄电池的剩余容量为：

C(p)=C(s)±ΔC。

3.根据权利要求2所述的蓄电池容量监测方法，其特征在于：还包括计算蓄电池若干次使用过程中实际容量变化量的步骤，在m次完整满充和完全放电过程后，第m+1次的C(s)即为C(m)，计算方法为取最近过去n次容量的均值，即：C(s[m+1])={C(m-n+1)+C(m-n+2)+…+C(m)}/n。

4.根据权利要求2所述的蓄电池容量监测方法，其特征在于：还包括根据当前剩余容量和当前蓄电池容量的变化量计算剩余放电时间T(p)的步骤，即：T(p)=C(p)/ΔC。

5.根据权利要求2所述的蓄电池容量监测方法，其特征在于：对于被监测蓄电池或蓄电池组，通过对C(s)的实时计算监测出该蓄电池或该蓄电池组中具体某个蓄电池是否已经失效,具体方法为：

计算∏=C(s)/C(0)；

如果：∏≤μ3，判断为蓄电池处于失效状态，

其中：定义额定的满充时蓄电池的容量为变量C(0)；μ3为用户设定的蓄电池失效容量标准。

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