CN104535933A - 电池剩余电量测量方法与*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电池剩余电量测量方法与***，利用二维插值算法分别获得恒定充放电流不同温度下SOC与电池端电压的对应关系和恒定充放电流不同温度下SOC与电池端电压的对应关系，之后整合SOC、充放电流、温度与电池端电压的对应关系和电池的充放电流、当前温度以及端电压值，根据电池的充放电流、当前温度以及端电压值，计算当前电池电压法SOC_E，还另外利用电流积分法对电池进行SOC计算，获得电池的电流积分法SOC_C，对电压法SOC_E和电流积分法SOC_C加权整合，整合获得电池的SOC值。

Description

电池剩余电量测量方法与***

技术领域

本发明涉及电池管理***技术领域，特别是涉及电池剩余电量测量方法与***。

背景技术

在当今的高科技时代，移动电话、PDA、笔记本电脑、医疗设备以及测量仪器等便携式设备可谓随处可见。随着便携式应用越来越多的向多样化、专有化、个性化方面发展，有一点却始终未变，那就是所有的便携式设备均靠电池供电。电池是一种广泛使用的电池，准确估计电池的SOC(state of charge，荷电状态)，一直以来都是电池管理***中最关键的技术。由于SOC的估计受电池非线性特性以及其他很多因素的影响，因此提高SOC估计的精度一直是电池管理***的一个难点。

目前电池管理***的SOC采用电流积分法(时安法)进行估算，该算法简单，占用内存小，但是需要准确知道积分起点，故易产生累积误差。开路电压法虽然能够比较精确地估计电池SOC，但只能在电路开路时才能使用，很难实用。

发明内容

基于此，有必要针对现有电池SOC测量方法存在较大误差的问题，提供一种能够实现电池SOC精准测量的电池剩余电量测量方法与***。

一种电池剩余电量测量方法，包括步骤：

根据电池特性，获得电池在恒定温度状态下SOC与电池端电压值成线性关系的第一SOC区间，并记录第一SOC区间的两个端点值SOC_a和SOC_b，在恒定温度不同充放电流下，测量电池SOC为SOC_a时，电池端电压值，测量电池SOC为SOC_b时，电池的端电压值，利用二维线性插值算法，获得恒定温度不同充放电流下SOC与电池端电压的对应关系；

根据电池特性，获得电池在充放电流恒定状态下SOC与电池端电压值成线性关系的第二SOC区间，并记录第二SOC区间的两个端点值SOC_n和SOC_m，在恒定充放电流不同温度下，测量电池SOC为SOC_n时，电池端电压值，测量电池SOC为SOC_m时，电池的端电压值，利用二维线性插值算法，获得恒定充放电流不同温度下SOC与电池端电压的对应关系；

选取所述电池在恒定温度状态下SOC与电池端电压值成线性关系的第一SOC区间与所述电池在恒定充放电流状态下SOC与电池端电压值成线性关系的第二SOC区间重合的区间，记录为第三SOC区间；

在所述第三SOC区间内，整合SOC、充放电流、温度与电池端电压的对应关系，测量电池的充放电流、当前温度以及端电压值；

根据所述第三SOC区间内，整合SOC、充放电流、温度与电池端电压的对应关系和电池的充放电流、当前温度以及端电压值，计算当前电池第一测量值，记为电压法SOC_E；

采用电流积分法对电池进行SOC测量，计算充放电流恒定状态下电池的第二测量SOC值，记为电流积分法SOC_C；

对所述电压法SOC_E和所述电流积分法SOC_C加权整合，整合获得电池的SOC值，其加权整合公式具体为：

$\mathrm{SOC}=\∂{\mathrm{SOC}}_E+(1-\∂){\mathrm{SOC}}_C,$ 其中，为加权系数， $\∂\∈\left[\mathrm{0,1}\right],$ 且当SOC无限接近所述第三SOC区间的两个端点值中任意一个时，无限接近1；

其中，所述电池为镍氢电池或锂电池。

一种电池剩余电量测量***，包括：

恒定温度不同充放电流处理模块，用于根据电池特性，获得电池在恒定温度状态下SOC与电池端电压值成线性关系的第一SOC区间，并记录第一SOC区间的两个端点值SOC_a和SOC_b，在恒定温度不同充放电流下，测量电池SOC为SOC_a时，电池端电压值，测量电池SOC为SOC_b时，电池的端电压值，利用二维线性插值算法，获得恒定温度不同充放电流下SOC与电池端电压的对应关系；

恒定充放电流不同温度处理模块，用于根据电池特性，获得电池在充放电流恒定状态下SOC与电池端电压值成线性关系的第二SOC区间，并记录第二SOC区间的两个端点值SOC_n和SOC_m，在恒定充放电流不同温度下，测量电池SOC为SOC_n时，电池端电压值，测量电池SOC为SOC_m时，电池的端电压值，利用二维线性插值算法，获得恒定充放电流不同温度下SOC与电池端电压的对应关系；

重合模块，用于选取所述电池在恒定温度状态下SOC与电池端电压值成线性关系的第一SOC区间与所述电池在恒定充放电流状态下SOC与电池端电压值成线性关系的第二SOC区间重合的区间，记录为第三SOC区间；

测量模块，用于在所述第三SOC区间内，整合SOC、充放电流、温度与电池端电压的对应关系，测量电池的充放电流、当前温度以及端电压值；

电压法计算模块，用于根据所述第三SOC区间内，整合SOC、充放电流、温度与电池端电压的对应关系和电池的充放电流、当前温度以及端电压值，计算当前电池第一测量值，记为电压法SOC_E；

电流积分发计算模块，用于采用电流积分法对电池进行SOC测量，计算充放电流恒定状态下电池的第二测量SOC值，记为电流积分法SOC_C；

加权整合模块，用于对所述电压法SOC_E和所述电流积分法SOC_C加权整合，整合获得电池的SOC值，其加权整合公式具体为：

$\mathrm{SOC}=\∂{\mathrm{SOC}}_E+(1-\∂){\mathrm{SOC}}_C,$ 其中，为加权系数， $\∂\∈\left[\mathrm{0,1}\right],$ 且当SOC无限接近所述第三SOC区间的两个端点值中任意一个时，无限接近1；

其中，所述电池为镍氢电池或锂电池。

本发明电池剩余电量测量方法与***，利用二维插值算法分别获得恒定充放电流不同温度下SOC与电池端电压的对应关系和恒定充放电流不同温度下SOC与电池端电压的对应关系，之后整合SOC、充放电流、温度与电池端电压的对应关系和电池的充放电流、当前温度以及端电压值，根据电池的充放电流、当前温度以及端电压值，计算当前电池电压法SOC_E，还另外利用电流积分法对电池进行SOC计算，获得电池的电流积分法SOC_C，对电压法SOC_E和电流积分法SOC_C加权整合，整合获得电池的SOC值。利用电池的SOC在某个区间与端电压成线性关系，获得电压法SOC_E，另外加权整合电流积分发SOC_C获得最终的电池的SOC值，能够实现SOC的精准测量。

附图说明

图1为常温下不同电流充电基本Map图；

图2为常温下不同电流放电基本Map图；

图3为不同温度下1C充电示意图；

图4为不同温度下1C放电示意图；

图5为本发明电池剩余电量测量方法其中一个实施例的流程示意图；

图6为本发明电池剩余电量测量***其中一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下根据附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。

本发明电池剩余电量测量方法与***是申请人基于如下理论研究实现的：

SOC指荷电状态。当蓄电池使用一段时间或长期搁置不用后的剩余容量与其完全充电状态的容量的比值，常用百分数表示。

众所周知，电流积分法在电池完全充电且刚充好电时效果非常好，但是如果是充电后几天都未使用，或者几个充、放电周期都没有充满电，那么由内部化学反应引起的自放电现象就会变得非常明显。因此必须使用一个方法对其进行校正，使得电流积分法在并不是完全充好电的情况下也可以准确使用。

以镍氢电池为例，在恒温(室温25℃)状态下对镍氢电池进行充放电实验，I＝[±1，±2，±3，±4]A(电流为正是充电，电流为负是放电)，记录充放电电流、端电压、SOC等数据，如图1、图2所示。可以发现当SOC在20％到80％之间时，不同电流充放电情况下，电压变化曲线均平行且基本与SOC呈线性关系。如图3、图4所示，为了得到不同温度下端电压与SOC的关系，在20℃、25℃、30℃、35℃条件下的1C充放电实验，得到不同温度下1C(C表示电池容量，1C表示10AH容量的电池用10A放电就是放电率为1C)充放电条件下SOC与端电压V的关系，可以发现当SOC在20％到80％之间时，不同温度充放电情况下，电压变化曲线均平行且基本与SOC呈线性关系。通过大量实验数据，建立镍氢SOC与温度、电流和端电压之间的Map图，发现在其工作区间20％≤SOC≤80％内，不同电流、温度条件下的相邻充放电特性曲线基本相互平行。于是建立不同的温度、不同的电流情况下的端电压值，寻找电池充放电流、环境温度、端电压以及SOC之间的关系。

如图1-5所示，一种电池剩余电量测量方法，包括步骤：

S100：根据电池特性，获得电池在恒定温度状态下SOC与电池端电压值成线性关系的第一SOC区间，并记录第一SOC区间的两个端点值SOC_a和SOC_b，在恒定温度不同充放电流下，测量电池SOC为SOC_a时，电池端电压值，测量电池SOC为SOC_b时，电池的端电压值，利用二维线性插值算法，获得恒定温度不同充放电流下SOC与电池端电压的对应关系，其中SOC_a小于SOC_b。

正如之前所述，经过大量实现数据我们发现，恒温不同电流充放电情况下，当SOC在一定区域数据范围内时，电压变化曲线均平行且基本与SOC呈线性关系，因此通过二维线性插值可以得到不同电流下SOC与端电压V的关系。在这里我们记录这个SOC的区域范围为[SOC_a，SOC_b]，在图1和图2中可以直观的发现的SOC_a为20％，SOC_b为80％。由于在这个区间电压变化曲线均平行且基本与SOC呈线性关系，所以我们可以先测量出SOC_a对应的端电压值V_a、SOC_b对应的端电压值V_b，再采用二维线性插值算法，计算SOC为[SOC_a，SOC_b]之间值时对应的端电压值，用数学公式表征出恒定温度不同充放电流下SOC与电池端电压的对应关系。其详细公式如下：

${\mathrm{SOC}}_{x1}=\frac{{\mathrm{SOC}}_b-{\mathrm{SOC}}_a}{V_b-V_a}\×(V_q-V_a)+{\mathrm{SOC}}_a$

其中，SOC_x1为[SOC_n，SOC_m]区间范围内的部分SOC值，V_q为SOC_x对应的端电压值，V_b为当电池SOC为SOC_b时的端电压值，V_a为当电池SOC为SOC_a时的端电压值，以用于后续处理中建立端电压、剩余电量、充放电电流、温度的四维数据库。

S200：根据电池特性，获得电池在充放电流恒定状态下SOC与电池端电压值成线性关系的第二SOC区间，并记录第二SOC区间的两个端点值SOC_n和SOC_m，在恒定充放电流不同温度下，测量电池SOC为SOC_n时，电池端电压值，测量电池SOC为SOC_m时，电池的端电压值，利用二维线性插值算法，获得恒定充放电流不同温度下SOC与电池端电压的对应关系，其中SOC_n小于SOC_m。

正如之前所述，经过大量实现数据我们发现，恒定充放电流不同温度下，当SOC在一定区域数据范围内时，电压变化曲线均平行且基本与SOC呈线性关系，因此通过二维线性插值可以得到不同温度下SOC与端电压V的关系。在这里我们记录这个SOC的区域范围为[SOC_n，SOC_m]，在图3和图4中可以直观的发现的SOC_n为20％，SOC_m为80％。由于在区间[SOC_n，SOC_m]电压变化曲线均平行且基本与SOC呈线性关系，所以我们可以先测量出SOC_n对应的端电压值V_n、SOC_m对应的端电压值V_m，再采用二维线性插值算法，计算SOC为[SOC_n，SOC_m]之间值时SOC与端电压值对应关系，用数学公式表征出充放电流恒定不同温度状态下SOC与电池端电压的对应关系。其详细公式如下：

${\mathrm{SOC}}_{x2}=\frac{{\mathrm{SOC}}_m-{\mathrm{SOC}}_n}{V_m-V_m}\×(V_p-V_n)+{\mathrm{SOC}}_n$

其中，SOC_x2为[SOC_n，SOC_m]区间范围内的部分SOC值，V_p为SOC_x对应的端电压值，V_m为当电池SOC为SOC_m时的端电压值，V_n为当电池SOC为SOC_n时的端电压值以用于后续处理中建立端电压、剩余电量、充放电电流、温度的四维数据库。

S300：选取所述电池在恒定温度状态下SOC与电池端电压值成线性关系的第一SOC区间与所述电池在恒定充放电流状态下SOC与电池端电压值成线性关系的第二SOC区间重合的区间，记录为第三SOC区间。

由于不同的电池性能不相同，我们无法知晓第一SOC区间和第二SOC区间的详细数值，为了确保结算结果的准确，我们需要综合考虑电池充放电流、环境温度、端电压以及SOC之间的关系，所以我们需要选取无论是在恒定温度不同充放电流、还是在恒定充放电流不同温度的情况下SOC都与端电压成线性关系的SOC区间，即选取电池在恒定温度状态下SOC与电池端电压值成线性关系的第一SOC区间与电池在恒定充放电流状态下SOC与电池端电压值成线性关系的第二SOC区间重合的区间，记录为第三SOC区间。(在图1-4中的具体实例中，第一区间和第二区间为相同区间，均为20％到80％)

S400：在所述第三SOC区间内，整合SOC、充放电流、温度与电池端电压的对应关系，测量电池的充放电流、当前温度以及端电压值。

在第三区间内，综合考虑SOC、充放电流、温度与电池端电压的对应关系，并测量电池的充放电流、当前温度以及端电压值，准备下一步数据的详细计算。关于整合SOC、充放电流、温度与电池端电压的对应关系，为了便于下一步的处理，我们可以建立不同的温度、不同的电流情况下的端电压值表格，对于测量获得的端电压值采用查表的手段获取到对应的SOC值。

S500：根据所述第三SOC区间内，整合SOC、充放电流、温度与电池端电压的对应关系和电池的充放电流、当前温度以及端电压值，计算当前电池第一测量值，记为电压法SOC_E。

在获知电池的充放电流、当前温度以及端电压值，之后我们可以通过SOC、充放电流、温度与电池端电压的对应关系准确查找出对应的SOC值。

S600：采用电流积分法对电池进行SOC测量，计算充放电流恒定状态下电池的第二测量SOC值，记为电流积分法SOC_C。

电流积分法又叫安时积分法是一种常用简单、可靠的SOC计算方法，其可以根据电池额定电量、充放电流、充放电效率计算电池SOC，但是其存在误差较大的问题，对于电流积分法的具体计算公式可以在相关教材或者百度百科中查找到，在此不再赘述。正如之前所述，本发明电池剩余电量测量方法是对电流积分法进行校正，使得电流积分法在并不是完全充好电的情况下也可以准确使用，在这里我们另一方面采用电流积分法对电池进行SOC测量，记录电流积分法测量值SOC_C。

S700：对所述电压法SOC_E和所述电流积分法SOC_C加权整合，整合获得电池的SOC值，其加权整合公式具体为：

$\mathrm{SOC}=\∂{\mathrm{SOC}}_E+(1-\∂){\mathrm{SOC}}_C,$ 其中，为加权系数， $\∂\∈\left[\mathrm{0,1}\right],$ 且当SOC无限接近所述第三SOC区间的两个端点值中任意一个时，无限接近1。

针对之前电压测量获得的SOC_E和电流积分法的SOC_C进行加权整合，获得最终的SOC值：

$\mathrm{SOC}=\∂{\mathrm{SOC}}_E+(1-\∂){\mathrm{SOC}}_C$

在上述公式中为加权系数，且当SOC无限接近所述第三SOC区间的两个端点值中任意一个时，无限接近1，关于具体数值我们可以通过大量实现数据，绘制出其曲线表格，再根据其曲线表格获得其对应的参数数值，在此不详细说明。

在电池的第三区间(20％≤SOC≤80％)以内，不同电流、温度条件下，充放电曲线较为平缓，且相邻的充放电特性曲线是基本相互平行的。因此可近似认为电压与剩余电量呈线性关系。而在固定的温度下，电池的剩余电量在总电量的20％及80％两点时，电池的两端电压基本是一定的。因此我们可以通过实验确定不同的温度下、不同型号的电池在以不同的电流放电或者充电至20％及80％电量时的电压值。从而建立一个关于端电压、剩余电量、充放电电流、温度的四维数据库(基于上述SOC_E1和SOC_E2以及测量到的电参数以及温度参数)，可供校正电流积分法的起点不准问题。因此根据测得的电压值可得出一个剩余电量值。这与传统的开路电压法完全不一样。

其中，所述电池为镍氢电池或锂电池。

本发明电池剩余电量测量方法，利用二维插值算法分别获得恒定充放电流不同温度下SOC与电池端电压的对应关系和恒定充放电流不同温度下SOC与电池端电压的对应关系，之后整合SOC、充放电流、温度与电池端电压的对应关系和电池的充放电流、当前温度以及端电压值，根据电池的充放电流、当前温度以及端电压值，计算当前电池电压法SOC_E，还另外利用电流积分法对电池进行SOC计算，获得电池的电流积分法SOC_C，对电压法SOC_E和电流积分法SOC_C加权整合，整合获得电池的SOC值。利用电池的SOC在某个区间与端电压成线性关系，获得电压法SOC_E，另外加权整合电流积分发SOC_C获得最终的电池的SOC值，能够实现SOC的精准测量。

在其中一个实施例中，所述在恒定温度不同充放电流下，测量电池SOC为SOC_a时，电池端电压值，测量电池SOC为SOC_b时，电池的端电压值，利用二维线性插值算法，获得恒定温度不同充放电流下SOC与电池端电压的对应关系具体包括步骤：

测量恒定温度M个不同充放电流下，电池SOC为SOC_a时，电池端电压值以及电池SOC为SOC_b时，电池的端电压值；

根据恒定温度M个不同充放电流下，电池SOC为SOC_a时，电池端电压值以及电池SOC为SOC_b时，电池的端电压值，利用二维线性插值算法，计算另外N个不同充放电流下，电池SOC为SOC_a时，电池端电压值以及电池SOC为SOC_b时，电池的端电压值，其中，N个不同充放电流中充放电流值均小于M个不同充放电流中的最高值，且大于M个不同充放电流中的最低值；

获取恒定温度不同充放电流状态下SOC与电池端电压的对应关系。

为了确保最终结果的准确性，获得所有充放电流下的充放电曲线，我们需要获得很多充放电流下的数据进行分析，对于少量数据我们可以采用直接测量充放电流和端电压的方法进行统计，但是对于大量数据，在有限的精力下是无法全部进行测量获得的。在这里，我们再次利用二维线性插值算法，先测量SOC为第二SOC区间中两个端点，M个不同充放电流下对应的端电压值，对于N个大于M个充放电流中最低充放电流且小于M个充放电流中最大充放电流的对应的端电压值可以采用二维线性插值算法计算获得。

在其中一个实施例中，上述计算的具体计算公式如下：

$V_a=\frac{V_{I1}-V_{I2}}{I_1-I_2}(I_x-I_1)+V_{I1}$

$V_b=\frac{V_{i1}-V_{i2}}{I_1-I_2}(I_x-I_1)+V_{i1}$

其中，I_x为当前电池的充放电流，I₁为M个不同充放电流中小于I_x的充放电流值，I₂为M个不同充放电流中大于I_x的充放电流值，V_I1为电池SOC为SOC_a时，充放电流为I₁时对应的端电压值，V_I2为电池SOC为SOC_a时，充放电流为I₂时对应的端电压值，V_i1为电池SOC为SOC_b时，充放电流为I₁时对应的端电压值，V_i2为电池SOC为V_I2为电池SOC为SOC_a时，充放电流为I₂时对应的端电压值，时，充放电流为I₂时对应的端电压值，V_a为电池SOC为SOC_a、充放电流为I_x时，电池端电压值，V_b为电池SOC为SOC_b、充放电流为I_x时，电池端电压值。

更具体的当M个不同充放电流为整数，N个充放电流均为小数时，我们可以采用如下方式进行计算。

当充放电流为整数时，测量电池SOC分别为SOC_a和SOC_b时，对应的端电压值，当充放电流为非整数时，读取充放电流为当前充放电流相邻最近的两个整数，且电池SOC分别为SOC_a和SOC_b时，对应的电池端电压值，采用二维线性插值算法，获得当前充放电流下，电池SOC分别为SOC_a和SOC_b时电池端电压值；

根据充放电流、电池端电压值以及相应的电池SOC值，采用二维线性插值算法，获得恒定温度不同充放电流下SOC与电池端电压的对应关系。

例如，当需所需充放电流为1.2A，那么我们就先测量SOC分别为SOC_a和SOC_b，充放电流为1A和2A时对应的端电压，再利用二维线性插值算法计算获得充放电流为1.2A时在SOC为SOC_a和SOC_b对应端电压值。上述公式中，电流相关参数(I₁、I₂和I_x)可以采用电流测量装置(电流表)直接测量获得，端电压相关参数(V_I1、V_I2、V_i1和V_i2)可以采用电压测量装置(电压表)直接测量获得。

为了便于解释说明上述实施例的计算过程下面将采用一个实例进行解释，在本实例中，电池为镍氢电池，SOC_a为20％，SOC_b为80％，所需充放电流为1.2A。

首先1.2A为非整数的充放电流，查找1.2A最近的两个整数充放电流，测量充放电流为1A或2A，且SOC为20％时对应的端电压值分别为V_I1和V_I2，利用公式计算出V_20％，测量充放电流为1A或2A，且SOC为80％时对应的端电压值分别为V_i1和V_i2，利用公式计算出V_80％，再将计算结果代入公式为 ${\mathrm{SOC}}_E=\frac{{\mathrm{SOC}}_{80\%}-{\mathrm{SOC}}_{20\%}}{V_{80\%}-V_{20\%}}\×(V_x-V_{20\%})+{\mathrm{SOC}}_{20\%}$ 中获得最终的结果。可见再次采用二维线性插值算法，我们可以利用有限的充放电流及其对应的数据获得所有充放电数值下的完整充放电曲线，确保最终计算结果的准确。

在其中一个实施例中，所述根据恒定温度不同充放电流下SOC与电池端电压的对应关系和恒定温度不同充放电流下电池端电压值，计算恒定温度状态下电池的第一测量SOC值具体为：

利用公式 ${\mathrm{SOC}}_E=\frac{{\mathrm{SOC}}_b-{\mathrm{SOC}}_a}{V_b-V_a}\×(V_x-V_a)+{\mathrm{SOC}}_a,$ 恒定温度状态下电池的第一测量SOC；

其中，V_b为当电池SOC为SOC_b时的端电压值，V_a为当电池SOC为SOC_a时的端电压值，V_x为当前获得的电池端电压值，SOC_E为电压法计算获得的当前电池的SOC值。

在其中一个实施例中，所述在充放电流恒定不同温度状态下，测量电池SOC为SOC_n时，电池端电压值，测量电池SOC为SOC_m时，电池的端电压值，利用二维线性插值算法，获取充放电流恒定不同温度状态下SOC与电池端电压的对应关系具体包括步骤：

测量充放电流恒定M个不同温度下，电池SOC为SOC_n时，电池端电压值以及电池SOC为SOC_m时，电池的端电压值；

根据充放电流恒定M个不同温度下，电池SOC为SOC_n时，电池端电压值以及电池SOC为SOC_m时，电池的端电压值，利用二维线性插值算法，计算另外N个不同温度下，电池SOC为SOC_n时，电池端电压值以及电池SOC为SOC_m时，电池的端电压值，其中，N个不同温度中温度值均小于M个不同温度中的最高温度，且大于M个不同温度中的最低温度；

获取充放电流恒定不同温度状态下SOC与电池端电压的对应关系。

为了确保最终结果的准确性，获得所有温度值下的充放电曲线，我们需要获得很多温度下的数据进行分析，对于少量数据我们可以采用直接测量温度和端电压的方法进行统计，但是对于大量数据，在有限的精力下是无法全部进行测量获得的。在这里，我们再次利用二维线性插值算法，先测量SOC为第二SOC区间中两个端点，M个不同温度值下对应的端电压值，对于N个大于M个温度值中最低温度值且小于M个温度值中最大温度值的对应的端电压值可以采用二维线性插值算法计算获得。

在其中一个实施例中，上述计算的具体计算公式如下：

$V_n=\frac{V_{T1}-V_{T2}}{T_1-T_2}(T_x-T_1)+V_{T1}$

$V_m=\frac{V_{t1}-V_{t2}}{T_1-T_2}(T_x-T_1)+V_{T1}$

其中，T₁和T₂分别为M个不同温度值中的任意两个数值，T_x为N个不同温度值中大于T₁且小于T₂的温度值，V_T1为电池SOC为SOC_n、温度为T₁时对应的端电压值，V_T2为电池SOC为SOC_n、温度为T₂时对应的端电压值，V_t1为电池SOC为SOC_m、温度为T₁时对应的端电压值，V_t2为电池SOC为SOC_m、温度为T₂时对应的端电压值，V_n为电池SOC为SOC_n、温度为T_x时，电池端电压值，V_m为电池SOC为SOC_m、温度为T_x时，电池端电压值。

更具体的当M个不同温度值为整数，N个温度值均为小数时，我们可以采用如下方式进行计算。

当温度为整数时，测量电池SOC分别为SOC_n和SOC_m时，对应的端电压值，当温度为非整数时，读取温度为当前温度相邻最近的两个整数，且电池SOC分别为SOC_n和SOC_m时，对应的电池端电压值，采用二维线性插值算法，获得当前温度下，电池SOC分别为SOC_n和SOC_m时电池端电压值；

根据温度、电池端电压值以及相应的电池SOC值，采用二维线性插值算法，获取充放电流恒定不同温度状态下SOC与电池端电压的对应关系。

例如，当需所需充放电流为21.5℃，那么我们就先测量SOC分别为SOC_n和SOC_m，温度为20℃和21℃时对应的端电压，再利用二维线性插值算法计算获得温度为21.5℃时在SOC为SOC_n和SOC_m对应端电压值。上述公式中，温度相关参数(T₁、T₂和T_x)可以采用温度测量装置(温度计)直接测量获得，端电压参数(V_T1、V_T2、V_t1和V_t2)可以采用电压测量装置(电压表)直接测量获得。

为了便于解释说明上述实施例的计算过程下面将采用一个实例进行解释，在本实例中，电池为镍氢电池，SOC_n为20％，SOC_m为80％，所需温度为21.5℃。

首先21.5℃为非整数的充放电流，查找21.5℃最近的两个整数充放电流，测量充放电流为20℃或21℃，且SOC为20％时对应的端电压值分别为V_T1和V_T2，利用公式计算出V_20％，测量温度为20℃或21℃，且SOC为80％时对应的端电压值分别为V_t1和V_t2，利用公式计算出V_80％，再将计算结果代入公式为 ${\mathrm{SOC}}_E=\frac{{\mathrm{SOC}}_{80\%}-{\mathrm{SOC}}_{20\%}}{V_{80\%}-V_{20\%}}\×(V_x-V_{20\%})+{\mathrm{SOC}}_{20\%}$ 中获得最终的结果。可见再次采用二维线性插值算法，我们可以利用有限的温度及其对应的数据获得所有温度值下完整的充放电曲线，确保最终计算结果的准确。

在其中一个实施例中，所述根据不同温度下SOC与电池端电压的对应关系和不同温度下电池端电压值，计算充放电流恒定状态下电池的第一测量SOC值具体为：

利用公式 ${\mathrm{SOC}}_E=\frac{{\mathrm{SOC}}_m-{\mathrm{SOC}}_n}{V_m-V_m}\×(V_y-V_n)+{\mathrm{SOC}}_n,$ 计算充放电流恒定状态下电池的第一测量SOC值；

其中，V_m为当电池SOC为SOC_m时的端电压值，V_n为当电池SOC为SOC_n时的端电压值，V_y为当前获得的电池端电压值，SOC_E为电压法计算获得的当前充放电流恒定不同温度状态下电池的SOC值。

在其中一个实施例中，所述SOC_a为20％，所述SOC_b为80％。

在其中一个实施例中，所述SOC_n为20％，所述SOC_m为80％。

SOC_a、SOC_b、SOC_n和SOC_m可以基于大量实验数据分析获得，或者可以查阅相关的历史经验数据获得，需要指出的是不同电池对应的数值是不相同的。

如图6所示，一种电池剩余电量测量***，包括：

恒定温度不同充放电流处理模块100，用于根据电池特性，获得电池在恒定温度状态下SOC与电池端电压值成线性关系的第一SOC区间，并记录第一SOC区间的两个端点值SOC_a和SOC_b，在恒定温度不同充放电流下，测量电池SOC为SOC_a时，电池端电压值，测量电池SOC为SOC_b时，电池的端电压值，利用二维线性插值算法，获得恒定温度不同充放电流下SOC与电池端电压的对应关系，其中SOC_a小于SOC_b；

恒定充放电流不同温度处理模块200，用于根据电池特性，获得电池在充放电流恒定状态下SOC与电池端电压值成线性关系的第二SOC区间，并记录第二SOC区间的两个端点值SOC_n和SOC_m，在恒定充放电流不同温度下，测量电池SOC为SOC_n时，电池端电压值，测量电池SOC为SOC_m时，电池的端电压值，利用二维线性插值算法，获得恒定充放电流不同温度下SOC与电池端电压的对应关系，其中SOC_n小于SOC_m；

重合模块300，用于选取所述电池在恒定温度状态下SOC与电池端电压值成线性关系的第一SOC区间与所述电池在恒定充放电流状态下SOC与电池端电压值成线性关系的第二SOC区间重合的区间，记录为第三SOC区间；

测量模块400，用于在所述第三SOC区间内，整合SOC、充放电流、温度与电池端电压的对应关系，测量电池的充放电流、当前温度以及端电压值；

电压法计算模块500，用于根据所述第三SOC区间内，整合SOC、充放电流、温度与电池端电压的对应关系和电池的充放电流、当前温度以及端电压值，计算当前电池第一测量值，记为电压法SOC_E；

电流积分发计算模块600，用于采用电流积分法对电池进行SOC测量，计算充放电流恒定状态下电池的第二测量SOC值，记为电流积分法SOC_C；

加权整合模块700，用于对所述电压法SOC_E和所述电流积分法SOC_C加权整合，整合获得电池的SOC值，其加权整合公式具体为：

$\mathrm{SOC}=\∂{\mathrm{SOC}}_E+(1-\∂){\mathrm{SOC}}_C,$ 其中，为加权系数， $\∂\∈\left[\mathrm{0,1}\right],$ 且当SOC无限接近所述第三SOC区间的两个端点值中任意一个时，无限接近1；

其中，所述电池为镍氢电池或锂电池。

本发明电池剩余电量测量***，恒定温度不同充放电流处理模块100和恒定充放电流不同温度处理模块200利用二维插值算法分别获得恒定充放电流不同温度下SOC与电池端电压的对应关系和恒定充放电流不同温度下SOC与电池端电压的对应关系，重合模块300、测量模块400和电压法计算模块500整合SOC、充放电流、温度与电池端电压的对应关系和电池的充放电流、当前温度以及端电压值，根据电池的充放电流、当前温度以及端电压值，计算当前电池电压法SOC_E，电流积分发计算模块600利用电流积分法对电池进行SOC计算，获得电池的电流积分法SOC_C，加权整合模块700对电压法SOC_E和电流积分法SOC_C加权整合，整合获得电池的SOC值。利用电池的SOC在某个区间与端电压成线性关系，获得电压法SOC_E，另外加权整合电流积分发SOC_C获得最终的电池的SOC值，能够实现SOC的精准测量。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电池剩余电量测量方法，其特征在于，包括步骤：

根据电池特性，获得电池在恒定温度状态下SOC与电池端电压值成线性关系的第一SOC区间，并记录第一SOC区间的两个端点值SOC_a和SOC_b，在恒定温度不同充放电流下，测量电池SOC为SOC_a时，电池端电压值，测量电池SOC为SOC_b时，电池的端电压值，利用二维线性插值算法，获得恒定温度不同充放电流下SOC与电池端电压的对应关系；

根据电池特性，获得电池在充放电流恒定状态下SOC与电池端电压值成线性关系的第二SOC区间，并记录第二SOC区间的两个端点值SOC_n和SOC_m，在恒定充放电流不同温度下，测量电池SOC为SOC_n时，电池端电压值，测量电池SOC为SOC_m时，电池的端电压值，利用二维线性插值算法，获得恒定充放电流不同温度下SOC与电池端电压的对应关系；

选取所述电池在恒定温度状态下SOC与电池端电压值成线性关系的第一SOC区间与所述电池在恒定充放电流状态下SOC与电池端电压值成线性关系的第二SOC区间重合的区间，记录为第三SOC区间；

在所述第三SOC区间内，整合SOC、充放电流、温度与电池端电压的对应关系，测量电池的充放电流、当前温度以及端电压值；

根据所述第三SOC区间内，整合SOC、充放电流、温度与电池端电压的对应关系和电池的充放电流、当前温度以及端电压值，计算当前电池第一测量值，记为电压法SOC_E；

采用电流积分法对电池进行SOC测量，计算充放电流恒定状态下电池的第二测量SOC值，记为电流积分法SOC_C；

对所述电压法SOC_E和所述电流积分法SOC_C加权整合，整合获得电池的SOC值，其加权整合公式具体为：

其中，为加权系数，且当SOC无限接近所述第三SOC区间的两个端点值中任意一个时，无限接近1；

其中，所述电池为镍氢电池或锂电池。

2.根据权利要求1所述的电池剩余电量测量方法，其特征在于，所述在恒定温度不同充放电流下，测量电池SOC为SOC_a时，电池端电压值，测量电池SOC为SOC_b时，电池的端电压值，利用二维线性插值算法，获得恒定温度不同充放电流下SOC与电池端电压的对应关系具体包括步骤：

所述在恒定温度不同充放电流下，测量电池SOC为SOC_a时，电池端电压值，测量电池SOC为SOC_b时，电池的端电压值，利用二维线性插值算法，获得恒定温度不同充放电流下SOC与电池端电压的对应关系具体包括步骤：

测量恒定温度M个不同充放电流下，电池SOC为SOC_a时，电池端电压值以及电池SOC为SOC_b时，电池的端电压值；

根据恒定温度M个不同充放电流下，电池SOC为SOC_a时，电池端电压值以及电池SOC为SOC_b时，电池的端电压值，利用二维线性插值算法，计算另外N个不同充放电流下，电池SOC为SOC_a时，电池端电压值以及电池SOC为SOC_b时，电池的端电压值，其中，N个不同充放电流中充放电流值均小于M个不同充放电流中的最高值，且大于M个不同充放电流中的最低值；

获取恒定温度不同充放电流状态下SOC与电池端电压的对应关系。

3.根据权利要求2所述的电池剩余电量测量方法，其特征在于，所述根据恒定温度M个不同充放电流下，电池SOC为SOC_a时，电池端电压值以及电池SOC为SOC_b时，电池的端电压值，利用二维线性插值算法，计算另外N个不同充放电流下，电池SOC为SOC_a时，电池端电压值以及电池SOC为SOC_b时，电池的端电压值具体公式为：

$V_a=\frac{V_{I1}-V_{I2}}{I_1-I_2}(I_x-I_1)+V_{I1}$

$V_b=\frac{V_{i1}-V_{i2}}{I_1-I_2}(I_x-I_1)+V_{i1}$

其中，I_x为当前电池的充放电流，I₁为M个不同充放电流中小于I_x的充放电流值，I₂为M个不同充放电流中大于I_x的充放电流值，V_I1为电池SOC为SOC_a时，充放电流为I₁时对应的端电压值，V_I2为电池SOC为SOC_a时，充放电流为I₂时对应的端电压值，V_i1为电池SOC为SOC_b时，充放电流为I₁时对应的端电压值，V_i2为电池SOC为V_I2为电池SOC为SOC_a时，充放电流为I₂时对应的端电压值，时，充放电流为I₂时对应的端电压值，V_a为电池SOC为SOC_a、充放电流为I_x时，电池端电压值，V_b为电池SOC为SOC_b、充放电流为I_x时，电池端电压值。

4.根据权利要求1或2所述的电池剩余电量测量方法，其特征在于，所述根据恒定温度不同充放电流下SOC与电池端电压的对应关系和恒定温度不同充放电流下电池端电压值，计算恒定温度状态下电池的第一测量SOC值具体为：

利用公式 ${\mathrm{SOC}}_E=\frac{{\mathrm{SOC}}_b-{\mathrm{SOC}}_a}{V_b-V_a}\×(V_x-V_a)+{\mathrm{SOC}}_a,$ 恒定温度状态下电池的第一测量SOC；

其中，V_b为当电池SOC为SOC_b时的端电压值，V_a为当电池SOC为SOC_a时的端电压值，V_x为当前获得的电池端电压值，SOC_E为电压法计算获得的当前电池的SOC值。

5.根据权利要求1或2或3所述的电池剩余电量测量方法，其特征在于，所述SOC_a为20％，所述SOC_b为80％。

6.根据权利要求1所述的电池剩余电量测量方法，其特征在于，所述在充放电流恒定不同温度状态下，测量电池SOC为SOC_n时，电池端电压值，测量电池SOC为SOC_m时，电池的端电压值，利用二维线性插值算法，获取充放电流恒定不同温度状态下SOC与电池端电压的对应关系具体包括步骤：

测量充放电流恒定M个不同温度下，电池SOC为SOC_n时，电池端电压值以及电池SOC为SOC_m时，电池的端电压值；

根据充放电流恒定M个不同温度下，电池SOC为SOC_n时，电池端电压值以及电池SOC为SOC_m时，电池的端电压值，利用二维线性插值算法，计算另外N个不同温度下，电池SOC为SOC_n时，电池端电压值以及电池SOC为SOC_m时，电池的端电压值，其中，N个不同温度中温度值均小于M个不同温度中的最高温度，且大于M个不同温度中的最低温度；

获取充放电流恒定不同温度状态下SOC与电池端电压的对应关系。

7.根据权利要求6所述的电池剩余电量测量方法，其特征在于，所述根据充放电流恒定M个不同温度下，电池SOC为SOC_n时，电池端电压值以及电池SOC为SOC_m时，电池的端电压值，利用二维线性插值算法，计算另外N个不同温度下，电池SOC为SOC_n时，电池端电压值以及电池SOC为SOC_m时，电池的端电压值具体公式为：

$V_n=\frac{V_{T1}-V_{T2}}{T_1-T_2}(T_x-T_1)+V_{T1}$

$V_m=\frac{V_{t1}-V_{t2}}{T_1-T_2}(T_x-T_1)+V_{t1}$

其中，T_x为当前电池的温度，T₁为M个不同温度中小于T_x的温度值，T₂为M个不同温度中大于T_x的温度值，，V_T1为电池SOC为SOC_n、温度为T₁时对应的端电压值，V_T2为电池SOC为SOC_n、温度为T₂时对应的端电压值，V_t1为电池SOC为SOC_m、温度为T₁时对应的端电压值，V_t2为电池SOC为SOC_m、温度为T₂时对应的端电压值，V_n为电池SOC为SOC_n、温度为T_x时，电池端电压值，V_m为电池SOC为SOC_m、温度为T_x时，电池端电压值。

8.根据权利要求1或6所述的电池剩余电量测量方法，其特征在于，所述根据不同温度下SOC与电池端电压的对应关系和不同温度下电池端电压值，计算充放电流恒定状态下电池的第一测量SOC值具体为：

利用公式 ${\mathrm{SOC}}_E=\frac{{\mathrm{SOC}}_m-{\mathrm{SOC}}_n}{V_m-V_m}\×(V_y-V_n)+{\mathrm{SOC}}_n,$ 计算充放电流恒定状态下电池的第一测量SOC值；

其中，V_m为当电池SOC为SOC_m时的端电压值，V_n为当电池SOC为SOC_n时的端电压值，V_y为当前获得的电池端电压值，SOC_E为电压法计算获得的当前充放电流恒定不同温度状态下电池的SOC值。

9.根据权利要求1或6所述的电池剩余电量测量方法，其特征在于，所述SOC_n为20％，所述SOC_m为80％。

10.一种电池剩余电量测量***，其特征在于，包括：

恒定温度不同充放电流处理模块，用于根据电池特性，获得电池在恒定温度状态下SOC与电池端电压值成线性关系的第一SOC区间，并记录第一SOC区间的两个端点值SOC_a和SOC_b，在恒定温度不同充放电流下，测量电池SOC为SOC_a时，电池端电压值，测量电池SOC为SOC_b时，电池的端电压值，利用二维线性插值算法，获得恒定温度不同充放电流下SOC与电池端电压的对应关系；

恒定充放电流不同温度处理模块，用于根据电池特性，获得电池在充放电流恒定状态下SOC与电池端电压值成线性关系的第二SOC区间，并记录第二SOC区间的两个端点值SOC_n和SOC_m，在恒定充放电流不同温度下，测量电池SOC为SOC_n时，电池端电压值，测量电池SOC为SOC_m时，电池的端电压值，利用二维线性插值算法，获得恒定充放电流不同温度下SOC与电池端电压的对应关系；

重合模块，用于选取所述电池在恒定温度状态下SOC与电池端电压值成线性关系的第一SOC区间与所述电池在恒定充放电流状态下SOC与电池端电压值成线性关系的第二SOC区间重合的区间，记录为第三SOC区间；

测量模块，用于在所述第三SOC区间内，整合SOC、充放电流、温度与电池端电压的对应关系，测量电池的充放电流、当前温度以及端电压值；

电压法计算模块，用于根据所述第三SOC区间内，整合SOC、充放电流、温度与电池端电压的对应关系和电池的充放电流、当前温度以及端电压值，计算当前电池第一测量值，记为电压法SOC_E；

电流积分发计算模块，用于采用电流积分法对电池进行SOC测量，计算充放电流恒定状态下电池的第二测量SOC值，记为电流积分法SOC_C；

加权整合模块，用于对所述电压法SOC_E和所述电流积分法SOC_C加权整合，整合获得电池的SOC值，其加权整合公式具体为：

其中，为加权系数，且当SOC无限接近所述第三SOC区间的两个端点值中任意一个时，无限接近1；

其中，所述电池为镍氢电池或锂电池。