電池及電池組的狀態檢測方法及裝置與流程

本發明涉及電源管理技術，具體涉及一種電池及電池組的狀態檢測方法及裝置。
背景技術：
：對電池狀態進行檢測對于便攜終端或戶外設備的電源管理至關重要。以電池的荷電狀態(也稱為剩余電量百分比，StateofCharge，SOC)為例，部分現有技術采用電池端電壓分區法，其根據電池的端電壓所在區間給出對應的電池荷電狀態，這種方案的優點在于結構簡單，但是只能粗略的顯示電池電量的大致情況，而且在電池充電或放電電流較大時誤差非常大。由此，亟需一種更加精確并具有更好的適應性的電池或電池組的狀態測量方法和裝置。技術實現要素：有鑒于此，本發明提供一種更加精確的電池及電池組的狀態測量方法及裝置。第一方面，提供一種電池狀態檢測方法，所述方法包括：根據在前周期獲取的開路電壓(OCV)以及在前周期對應的電池內阻和電池電容獲取當前周期的開路電壓，其中，所述電池內阻和所述電池電容根據電池荷電狀態更新；根據開路電壓-荷電狀態對應關系獲取與所述當前周期的開路電壓對應的荷電狀態。優選地，根據在前周期獲取的開路電壓(OCV)以及在前周期對應的電池內阻和電池電容獲取當前周期的開路電壓包括：根據前一周期獲取的開路電壓以及前一周期對應的電池內阻和電池電容獲取所述當前周期的開路電壓。優選地，所述在前周期對應的電池內阻根據所述在前周期的電池的端電壓、充放電電流和開路電壓計算獲得，所述開路電壓根據開路電壓-荷電狀態對應關系和所述在前周期的荷電狀態獲得。優選地，所述在前周期對應的電池內阻根據所述在前周期的荷電狀態和預先設置的荷電狀態-電池內阻對應關系獲得。優選地，所述在前周期對應的電池內阻還根據電池的充放電次數進行補償。優選地，所述在前周期對應的電池內阻還根據溫度進行補償。優選地，所述在前周期對應的電池電容根據周期時長、電池充放電電流和電池在對應周期內的開路電壓變化值獲得。優選地，所述電池在對應周期內的開路電壓變化值根據所述對應周期內的荷電狀態變化值和開路電壓-荷電狀態對應關系獲得。優選地，所述在前周期對應的電池電容根據所述在前周期的荷電狀態和預先設置的荷電狀態-電池電容對應關系獲得。優選地，所述在前周期對應的電池電容還根據電池的充放電次數進行補償。第二方面，提供一種電池組狀態檢測方法，所述電池組包括至少兩個串聯或并聯的電池，所述方法包括：根據如上所述的方法獲取電池組中每個電池對應的荷電狀態；根據每個電池對應的荷電狀態計算所述電池組的荷電狀態。第三方面，提供一種電池組狀態檢測方法，所述電池組包括至少兩個串聯或并聯的電池，所述方法包括：根據在前周期獲取的開路電壓(OCV)以及在前周期對應的電池組內阻和電池組電容獲取當前周期的開路電壓，其中，所述電池組內阻和所述電池組電容隨電池荷電狀態變化并根據電池組電流和電池組電壓更新，在所述電池組為串聯電池組時，所述電池組電流為電池組充放電電流，所述電池組電壓為電池組的平均端電壓，在所述電池組為并聯電池組時，所述電池組電流為電池組充放電平均電流，所述電池組電壓為電池組的端電壓；根據電池開路電壓-荷電狀態對應關系獲取與所述當前周期開路電壓對應的荷電狀態作為電池組的荷電狀態。第四方面，提供一種電池或電池組的狀態檢測裝置，所述裝置包括處理器，所述處理器適于執行如上所述的方法。本發明實施例利用簡單的電池模型，根據歷史電池參數計算當前的電池狀態，同時，基于荷電狀態的變化不斷更新電池模型中的電池內阻和電池電容，由此，在簡單模型的基礎上解決了參數隨時間及電池電量變化對電池電量檢測的影響，提高了電池和電池組狀態檢測的準確性。附圖說明通過以下參照附圖對本發明實施例的描述，本發明的上述以及其它目的、特征和優點將更為清楚，在附圖中：圖1是本發明實施例的電池狀態檢測方法的流程圖；圖2是本發明實施例進行開路電壓獲取采用的電池模型的示意圖；圖3是OCV-SOC曲線的一個示例性示意圖；圖4是本發明實施例中某型號電池的電池內阻隨荷電狀態變化的對應關系曲線圖；圖5是本發明實施例的電池狀態檢測方法的一個優選實施方式的信號流向圖；圖6是本發明另一個實施例的電池組狀態檢測方法的流程圖；圖7是本發明又一個實施例的電池組狀態檢測方法的流程圖。具體實施方式以下基于實施例對本發明進行描述，但是本發明并不僅僅限于這些實施例。在下文對本發明的細節描述中，詳盡描述了一些特定的細節部分。對本領域技術人員來說沒有這些細節部分的描述也可以完全理解本發明。為了避免混淆本發明的實質，公知的方法、過程、流程、元件和電路并沒有詳細敘述。此外，本領域普通技術人員應當理解，在此提供的附圖都是為了說明的目的，并且附圖不一定是按比例繪制的。同時，應當理解，在以下的描述中，“電路”是指由至少一個元件或子電路通過電氣連接或電磁連接構成的導電回路。當稱元件或電路“連接到”另一元件或稱元件/電路“連接在”兩個節點之間時，它可以是直接耦接或連接到另一元件或者可以存在中間元件，元件之間的連接可以是物理上的、邏輯上的、或者其結合。相反，當稱元件“直接耦接到”或“直接連接到”另一元件時，意味著兩者不存在中間元件。除非上下文明確要求，否則整個說明書和權利要求書中的“包括”、“包含”等類似詞語應當解釋為包含的含義而不是排他或窮舉的含義；也就是說，是“包括但不限于”的含義。在本發明的描述中，需要理解的是，術語“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。此外，在本發明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。現有技術中，可以實時采樣電池的充放電電流，并通過積分獲取電池的電荷量變化，然后根據電池的總電荷量以及電荷量變化值來計算出電池的荷電狀態。這種方法可稱為電荷量計算法或庫侖計法，其在大電流充放電時測量準確度較高。但是，在充放電電流較小時，由于電流計測量誤差會帶來測量誤差，同時這個測量誤差會累積，不能消除。電池存在自放電現象，這個電流很小且不可測量，庫侖計法不能計算這部分電量消耗。另一方面，在現有技術中，還存在方法通過構建電池模型，并基于可測量的電池參數和電池模型計算電池的開路電壓(OpenCircuitVoltage，OCV)，然后根據電池的SOC-OCV(荷電狀態-開路電壓)關系曲線/表格獲取對應的荷電狀態。但是，電池的開路電壓模型有很多種，簡單的模型無法完全表征電池的特性，復雜的模型需要測量的電池參數較多，為方法的應用帶來困難。本發明實施例的方案利用簡單的電池模型，根據歷史電池參數計算當前的電池狀態，同時，基于荷電狀態的變化不斷更新電池模型中的電池內阻和電池電容，由此，在簡單模型的基礎上解決了參數隨時間及電池電量變化對電池電量檢測的影響，提高了電池和電池組狀態檢測的準確性。圖1是本發明實施例的電池的檢測方法的流程圖。如圖1所示，所述方法包括：步驟S100、根據在前周期獲取的開路電壓(OCV)以及在前周期對應的電池內阻和電池電容獲取當前周期的開路電壓，其中，所述電池內阻和所述電池電容根據電池荷電狀態更新。圖2是本發明實施例進行開路電壓獲取采用的電池模型的示意圖。如圖2所示，所述電池模型包括串聯的電池電容CCAP和電池電阻RBAT。電池電容CCAP兩端電壓為電池開路電壓VOCV。電池模型的兩端電壓為電池的端電壓VBAT。其中，電池內阻RBAT和電池電容CCAP至少隨電池的荷電狀態變化，同時，有可能受到例如充放電次數、溫度等多種因素影響。對于圖2所示的電路，根據基爾霍夫電壓定律有：VOCV-RBATCCAPdVOCVdt=VBAT]]>對上式進行離散化有：VOCV(k)-RBAT(k-1)CCAP(k-1)VOCV(k)-VOCV(k-1)T=VBAT(k)]]>其中，T為進行檢測的周期，VOCV(k)為當前周期的開路電壓，VOCV(k-1)為前一周期的開路電壓，RBAT(k-1)為前一周期的電池內阻，CCAP(k-1)為前一周期的電池電容。基于上式可求得當前周期對應的開路電壓VOCV(k)：VOCV(k)=-VOCV(k-1)RBAT(k-1)Ccap(k-1)+VBAT(k)·T-RBAT(k-1)Ccap(k-1)+T]]>由此，根據電池的在前周期的參數，可以獲得當前周期的電池開路電壓。容易理解，采用在前周期的參數計算開路電壓并不限于前一周期的參數，基于不同的方式進行基爾霍夫電壓公式的離散化(例如，離散化為與k-2或k-3的參數相關的公式)，可以獲得開路電壓與前N個周期的參數關系，并進而基于此進行計算。更進一步地，電池模型也可以并不限于圖2所示的電路模型，基于更復雜的電路模型構建開路電壓與電池參數的關系，并離散化后，也可以通過歷史電池參數獲取當前周期的電池開路電壓。更進一步地，即使不進行離散化，而采用歷史數據求取VOCV的變化斜率進而也可以計算獲得當前的開路電壓。步驟S200、根據開路電壓-荷電狀態對應關系獲取與所述當前周期開路電壓對應的荷電狀態。圖3是OCV-SOC曲線的一個示例性示意圖。如圖3所示，隨著荷電狀態SOC的下降，電池的開路電壓呈下降趨勢，圖3中示出了多個不同制造商制造的電池的OCV-SOC曲線。根據圖3可知，開路電壓VOCV與電池荷電狀態SOC之間是一一對應關系，由此，在預先測量獲得該曲線后，可以根據開路電壓VOCV獲取對應的荷電狀態SOC，也可以那樣，根據荷電狀態SOC獲取對應的開路電壓VOCV。如上所述，電池內阻RBAT和電池電容CCAP根據電池荷電狀態實時更新。在本實施例中，每個檢測周期中都根據電池荷電狀態的變化跟新電池內阻RBAT和電池電容CCAP。對于圖2所示的電池模型，開路電壓VOCV等于端電壓VBAT加上電池內阻RBAT的壓降，也即，VOCV＝VBAT+I*RBAT，其中，I為流過電池的電流，也即充放電電流。由此，可得電池內阻RBAT(k-1)滿足：RBAT(k-1)=VOCV(k-1)-VBAT(k-1)I(k-1)]]>電池電流I以及端電壓VBAT容易通過對電池的測量獲得。而開路電壓VOCV可以通過上一周期的SOC根據OCV-SOC對應關系反查表獲得。也即，獲取前一周期計算獲得的荷電狀態，根據OCV-SOC的對應關系獲取該荷電狀態對應的VOVC。類似地，所有在前周期的電池內阻均可以基于類似方式來進行計算。也就是說，在前周期對應的電池內阻根據所述在前周期的電池的端電壓、充放電電流和開路電壓計算獲得，所述開路電壓根據開路電壓-荷電狀態對應關系和所述在前周期的荷電狀態獲得。圖4是本發明實施例中某型號電池的電池內阻隨荷電狀態變化的對應關系曲線圖。如圖4所示，曲線1表征根據如上方式計算獲得的電池內阻隨SOC的下降而逐漸上升。對于曲線1進行分段線性化可以獲得曲線2。曲線2以一一對應的方式表征電池內阻和電池的荷電狀態之間的關系。由此，在一個優選的實施方式中，可以預先通過計算或測量獲得特定型號電池的荷電狀態-電池內阻對應關系(例如圖4所示的曲線2)。然后，基于在前周期的荷電狀態獲取對應的電池內阻。采用這種方式不需要每個周期進行計算，減少了計算量。除了荷電狀態外，電池內阻通常還會受到電池充放電次數和/或溫度的影響。由此，可以引入相應的參量對電池內阻進行補償和修正以獲得更加準確的電池內阻估計值。在一個優選實施方式中，同時考慮荷電狀態、充放電次數以及溫度對于電池內阻的影響，也即，將電池內阻看作與荷電狀態、充放電次數以及溫度相關的函數。因此，在通過計算或通過的荷電狀態-電池內阻對應關系獲得電池內阻的初步估計值后，根據電池的充放電次數進行對電池內阻估計值進行補償。在本優選實施方式中，充放電次數可定義為荷電狀態單方向變化量累計達到100％的次數。例如，上一次電池充到80％，然后開始放電到40％，再充電20％至60％時，此時荷電狀態單方向變化量(充電)累積到100％，由此，將充放電次數cycles加1。根據當前電池充放電次數的不同，采用不同的加權系數來修正補償電池內阻估計值，如下表所示：Cycles≤100100<cycles≤200200<cycles≤300300<cycles≤400400<cyclesRBATK1＊RBATK2＊RBATK3＊RBATK4＊RBATK5＊RBAT其中，K1-K5可以由實驗測試得到也可以由電池廠商提供。容易理解，上述的補償方式僅為示例，本領域技術人員也可以采用現有技術中其它的基于電池使用時間或次數的補償方法對電池內阻估計值進行補償。同時，針對溫度的補償可以基于如下公式進行：RBAT(Temp)＝RBAT(Temp1)+(Temp-Temp1)×m×RBAT(Temp1)上式中RBAT(Temp)是指在溫度等于Temp時的電池內阻，RBAT(Temp1)是指在溫度等于Temp1時對電池內阻，m是溫度調整系數。上述公式進行溫度補償的基本原理就是以某一溫度下的電阻作為基準，其他溫度下的電阻都是在基準電阻的基礎上進行調整。可選地，溫度補償可以在進行充放電次數補償前進行，基于溫度補償后的電池內阻估計值再進行充放電次數補償。可選地，溫度補償也可以在充放電次數補償后進行。由此，可以精確補償荷電狀態、溫度以及電池使用次數對電池內阻的影響，保證方法的估計精度。同時，對于圖2所示的電池模型，電池電容CCAP滿足：CCAP=IdtdVOCV=I*TΔVOCV]]>其中，T為檢測的周期時長，I為流過電池的電流，也即充放電電流。ΔVOCV為電池的開路電壓在對應周期內的變化值，其可以通過根據荷電狀態的變化值通過查詢電池開路電壓-荷電狀態對應關系獲得對應周期的ΔVOCV。由此，可以通過歷史數據計算獲得該周期其對應的電池電容。也就是說，在前周期對應的電池電容根據周期時長、電池充放電電流和電池在對應周期內的開路電壓變化值獲得。也就是說，電池電容CCAP實際上是隨著荷電狀態而變化的。因此，與電池內阻類似，也可以采用預先測量或計算獲得電池電容隨荷電狀態變化的規律，獲取荷電狀態-電池電容對應關系。在進行檢測時，直接根據所述在前周期的荷電狀態和預先設置的荷電狀態-電池電容對應關系獲得在前周期對應的電池電容。除了荷電狀態外，電池電容還會受到電池使用次數的影響(電池電容受溫度的影響較小，可以忽略不計)。因此，在通過計算或通過的荷電狀態-電池電容對應關系獲得電池電容的初步估計值后，根據電池的充放電次數進行對電池電容估計值進行補償。在一個優選實施方式中，采用如下表所示的方式對電池電容進行補償：Cycles≤100100<cycles≤200200<cycles≤300300<cycles≤400400<cyclesCCAPK6＊CCAPK7＊CCAPK8＊CCAPK9＊CCAPK10＊CCAP其中，K6-K10可以由實驗測試得到也可以由電池廠商提供。容易理解，上述的補償方式僅為示例，本領域技術人員也可以采用現有技術中其它的基于電池使用時間或次數的補償方法對電池電容估計值進行補償。圖5是本發明實施例的電池狀態檢測方法的一個優選實施方式的信號流向圖。在圖5所示的優選實施方式中，采用查詢預先設置的荷電狀態-電池內阻對應關系和荷電狀態-電池電容對應關系的方式來獲得電池內阻和電池電容的估計值。其中，電壓檢測模塊51檢測電池端電壓VBAT。溫度檢測模塊52檢測溫度Temp。電阻更新模塊53接收反饋的在前周期的荷電狀態SOC根據預先設置的荷電狀態-電池內阻對應關系獲取電池內阻估計值RBAT’。同時，電容更新模塊54接收反饋的在前周期的荷電狀態SOC根據預先設置的荷電狀態-電池電容對應關系獲取電池電容估計值CCAP’。電阻和電容補償模塊55基于溫度以及使用次數計數模塊56輸出的使用次數cycles對電池內阻估計值RBAT’補償，輸出經補償的電池內阻RBAT。同時，電阻和電容補償模塊55還基于使用次數對電池電容估計值CCAP’進行補償，輸出經補償的電池電容CCAP。OCV計算模塊57根據在前周期獲取的開路電壓(OCV)以及在前周期對應的電池內阻和電池電容獲取當前周期的開路電壓VOCV。對應關系查詢模塊58根據當前周期的開路電壓輸出對應的荷電狀態SOC。所述荷電狀態SOC還被輸入到使用次數計數模塊56以累計進行使用次數計數。通過基于荷電狀態的變化不斷更新電池模型中的電池內阻和電池電容，可以在簡單模型的基礎上解決了參數隨時間及電池電量變化對電池電量檢測的影響，提高電池狀態檢測的準確性。同時，本發明并不限于對于單個電池的狀態檢測，對于多個相互串聯或并聯的電池構成的電池組也可以進行狀態檢測。圖6是本發明另一個實施例的電池組狀態檢測方法的流程圖。如圖6所示，所述方法包括：步驟S610、根據與上一實施例相同的方法獲取電池組中每個電池對應的荷電狀態。步驟S610分別對每個電池進行檢測，然后分別對每個電池獲得能夠較為精確地表征每個電池的荷電狀態的荷電狀態估計值。步驟S620、根據每個電池對應的加權荷電狀態計算所述電池組的荷電狀態。在步驟S620，對所有電池的荷電狀態進行匯總計算，例如，在所有的電池的容量相同時進行平均計算以獲得整個電池組的荷電狀態。由此，可以較為精確地檢測整個電池組的狀態。圖7是本發明又一個實施例的電池組狀態檢測方法的流程圖。如圖7所示，所述方法包括：步驟710、根據在前周期獲取的開路電壓VOCV以及在前周期對應的電池組內阻和電池組電容獲取當前周期的開路電壓，其中，所述電池組內阻和所述電池組電容隨電池荷電狀態變化并根據電池組電流和電池組電壓更新。在所述電池組為串聯電池組時，所述電池組電流為電池組充放電電流，所述電池組電壓為電池組的平均端電壓。在所述電池組為并聯電池組時，所述電池組電流為電池組充放電平均電流，所述電池組電壓為電池組的端電壓；步驟720、根據電池開路電壓-荷電狀態對應關系獲取與所述當前周期開路電壓對應的荷電狀態作為電池組的荷電狀態。與圖6所示的方法不同，本實施例將整個電池組當作一個電池來進行檢測。在所述電池組為串聯電池組時，將電池組的端電壓進行平均后獲得電池組中串聯電池的平均端電壓來獲取對應的電池內阻和電池電容。在所述電池組為并聯電池組時，將電池組的總充放電電流平均后作為虛擬的電池的充放電電流來獲取對應的電池內阻和電池電容。由此，可以減少計算量和檢測量而直接獲得整個電池組的荷電狀態。通過基于荷電狀態的變化不斷更新電池模型中的電池內阻和電池電容，可以在簡單模型的基礎上解決了參數隨時間及電池電量變化對電池電量檢測的影響，提高電池組狀態檢測的準確性。容易理解，本說明書以上所述的各種電池或電池組的檢測方法可以應用于包括處理器的通用數據處理裝置，從而實現對于電池狀態的檢測。以上所述僅為本發明的優選實施例，并不用于限制本發明，對于本領域技術人員而言，本發明可以有各種改動和變化。凡在本發明的精神和原理之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。當前第1頁1 2 3