[发明专利]一种电池剩余电量的测量和估算方法

说明书

本发明涉及一种电池剩余电量的测量和估算方法，根据电池的充放电状态，选择充电电压/电流‑电量曲线（第一组数组）或放电电压‑电量曲线（第二组数组），并融合电池功率的积分计算出电池剩余电量。本发明使用互补滤波算法融合电压、电池功率的积分；并自动记录后续电池使用过程的完整充放电曲线，从而能一直准确估算剩余电量。本发明外围电路简单且成本较低，无需繁琐的出厂校对，对使用设备的电池电量、电压、输出功率等无特殊要求，实用性广泛。

技术领域

本发明属于锂电池技术领域，具体涉及一种电池剩余电量的测量和估算方法。

背景技术

电池剩余电量对于使用产品的过程中，是一个很重要的指示参数，如果能准确获取，就可以知道产品还能工作多长时间，比如无人机还能飞多远是否需要返航等。但电池剩余电量又是一个很难准确获取的参数，因为这和电池的种类，工作电流，工作温度，电池老化等因素相关，无法直接获取。因此所有的方案都是间接估算，好的算法能使电量估算更准确，放电曲线更平滑。目前，电池剩余电量的计算有如下方式：

电压计算：采用电压估算电池剩余电量百分比，虽然容易实现，但误差很大。当负载瞬间会引起电压的跳变，导致计算到的剩余电量也会跳变。如无人机起飞瞬间输出功率先增大再下降，所计算的电量就会突然下降然后再恢复。另外由于电池放电时，电压不是均匀变化，因此容易出现前50％电可以使用两小时，而后50％只能使用1小时的情况。

电流积分计算：对电池放电的电流进行积分计算，得到已用电量；总电量与已用电量的差，就是剩余电量。这种方式比1准确，但也存在另一个问题，假如电流测量有微小误差，那么剩余电量也有误差。比如测量到的电流值误差为3％，积分一小时后，就会误差10mAh。假设电池总电量是300mAh，那么计算出来的剩余电量就会比实际剩余少了3％。另外如果电池老化，总电量也会减少，那么计算出来的剩余电量误差将越来越大。

OCV法：OCV法是利用电池开路电压与电池剩余电量的线性关系，在系统不工作时测量电池开路电压来估算电池剩余电量。此方法能获得较为准确的剩余电量，但缺点是若系统需要连续工作很长一段时间，OCV法偏差就会越来越大。

预置电压跟踪法：使用专门的测试设备测试一个电池在不同温度、电流下，充放电的电压-电量曲线，记录为一个3维数组(温度，电流，电压与之对应的电量)，然后存放到芯片内部。工作时芯片采样电池的温度、电流、电压参数，通过预置的数组得出电池剩余电量。此方法准确率较高，但成本高，且生产步骤繁琐。

因此，如何设计一种电池剩余电量的测量和估算方法，能够实现电池电量的准确估算，成为本领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种电池剩余电量的测量和估算方法，主要针对锂电池，使用互补滤波算法融合电压、电池功率的积分；自动记录后续电池使用过程的完整充放电曲线，从而能一直准确估算剩余电量。本发明外围电路简单且成本较低，无需繁琐的出厂校对，对使用设备的电池电量、电压、输出功率等无特殊要求，实用性广泛。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案为：

一种电池剩余电量的测量和估算方法，包括：

连续多次采样电池的电压和电流后求均值，计算得到功率，对所述功率积分得到消耗电量；

记录每次电池完整的充电周期中电压、电流与所述消耗电量的关系形成第一数组并保存最后一次形成的所述第一数组，记录每次电池完整放电周期中电压与所述消耗电量的关系形成第二数组并保存最后一次形成的所述第二数组；

根据电池的充放电状态，选择第一数组或第二数组中的数据，以及当前电池的功率积分，使用互补滤波算法计算出电池剩余电量。

进一步，电池充电状态下，恒流充电时，记录电压与剩余电量的关系；恒压充电时，记录电流与消耗电量的关系。