一種鋰電池電量檢測的方法及其裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鋰電池電量精確檢測的方法及其裝置，該包括如下步驟：第一步對電池進行標校，通過數據采集處理模塊將電池的總電量QS及經過采樣得到的各采樣點的標校參數值存入數據存儲單元；第二步正常使用經過標校后的電池，并通過所述數據采集處理模塊實時采集電池電流I及所述標校參數的實時參數值，通過電流I與時間的積分運算得到實時消耗的電量Q；第三步將所述實時參數值與對應的標校參數值進行比較，如果實時參數值與對應的標校參數值差值小于預設值，則總電量QS與實時消耗的電量Q的差值ΔQ即為該電池實時的剩余電量；如果實時參數值與對應的標校參數值差值大于預設值，則重復上述步驟。
【專利說明】—種鋰電池電量檢測的方法及其裝置
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及鋰電池電量測量【技術領域】，尤其涉及一種鋰電池電量檢測的方法及其裝置。
【背景技術】
[0002]鋰電池電量的檢測，目前普遍采用的是分段電壓檢測法和專用芯片檢測法。
[0003]分段電壓檢測法，利用預先把電池電壓分段根據AD采樣得到的電壓和電量的關系曲線，通過測量電池的電壓，參照原來的曲線就可以估算出電池電量。但是分段電壓檢測法的不足之處在于:電池端電壓在容量間隔劃分較粗(10%或20%—格)的情況下往往作為電池剩余容量判斷的標準。但由于電池本身的特性，小電流放電和大電流放電對電壓造成的影響會有較大的差異。如麻醉機工作在待機模式、渦輪呼吸機在待機模式下都可以認為小電流放電。小電流放電使電池端電壓緩慢下降，一般不會出現上升的趨勢。當工作在較高的呼吸頻率時，各種電磁閥頻繁動作，導致大電流放電使電池端電壓瞬間急速下降，而當大電流結束后恢復小電流時，電池端電壓又回升到某個電壓值。如果容量閾值電壓恰好處于該電壓附近時，將導致電池容量反而上升的不合理現象。當電池電量趨于耗盡時電池電壓會迅速下降導致關機而關機后電池電壓由于浮電而又迅速回升導致機器反復重啟關機。
[0004]專用芯片檢測法則是采用專用芯片，如bq2650X與bq27X00等芯片，通過檢測電壓、溫度、電流來檢測電池電量信息。其擁有一個運行電池電量檢測算法的內部微處理器，這些算法將對鋰電池的自放電、老化、濕度和放電率進行補償。這但是種檢測方法的不足之處在于專用芯片的成本高，只針對固定電芯數量的電池。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于解決上述現有技術中存在的不足之處，提供一種鋰電池電量檢測的方法及其裝置，既能有效避免在負載變化時顯示容量的變化及由于浮電導致的頻繁重啟，同時還能保證檢測成本低廉且精度高,并且可檢測多芯串并聯(lián)電池組。
[0006]為達此目的，本發(fā)明采用以下技術方案:
[0007]一種鋰電池電量檢測方法，其特征在于，它包括如下步驟:第一步對電池進行標校，通過數據采集處理模塊將電池的總電量QS及經過采樣得到的各采樣點的標校參數值存入數據存儲單元；第二步正常使用經過標校后的電池，并通過所述數據采集處理模塊實時采集電池電流I及所述第一參數的實時參數值，通過電流I與時間的積分運算得到實時消耗的電量Q ;第三步將所述實時參數值與對應的標校參數值進行比較，如果實時參數值與對應的測量值差值小于預設值，則總電量QS與實時消耗的電量Q的差值△ Q即為該電池實時的剩余電量；如果實時參數值與對應的測量值差值大于預設值，則重復上述步驟。
[0008]其中第一步中所述標校采用以恒定電流IO對電池進行放電的方法進行，至放電結束得到電池總電量值QS，QS=IO T，其中T為至放電結束所耗費的時間。
[0009]其中第一步中的所述標校參數值包括第一參數的測量值以及第二參數的計算值。[0010]優(yōu) 選的其中所述第一參數為電池電壓，其測量值在標校過程中記為Uc ;所述第二參數為電池剩余電量，其計算值在標校過程中記為Qc，其中Qc=QS-1Ot,其中t為從開始放電至進行該次采樣所經歷的放電時間。
[0011]優(yōu)選的其中所述第一參數為電池電壓，其測量值在標校過程中記為Uc ;所述第二參數為電池剩余電量，其計算值在標校過程中記為Qc ;第一步中所述采樣按以下方式進行，設定采樣次數N，計算得到時間步長At，At=T / N，從恒流放電開始之后每隔時間At，采集當前電壓測量值Uc,并計算得到當前剩余電量計算值Qc, Qc=QS-1O nAt,l〈n；^N,且η為整數。
[0012]其中第三步中所述的對應的標校參數值按如下方式選取，將總電量QS與實時消耗的電量Q的差值△ Q與存儲在數據存儲單元中的各采樣點的第二參數的計算值Qc進行比較，找到與差值λ Q最接近的計算值Qc，從而得到該計算值Qc所對應的采樣點的第一參數的測量值Uc，即為所述的對應的標校參數值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明對電池標校的流程示意圖
[0014]圖2是本發(fā)明在電池正常使用過程中進行實時采樣的流程示意圖
[0015]圖3是本發(fā)明對采樣結果進行分析比對的流程示意圖
[0016]圖4是MCU功能示意圖
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明?？梢岳斫獾氖牵颂幩枋龅木唧w實施例僅僅用于解釋本發(fā)明，而非對本發(fā)明的限定。另外還需要說明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本發(fā)明相關的部分而非全部結構。
[0018]第一實施例，采用如下的方法對鋰電池的電量進行檢測:
[0019]第一步，對電池進行標校，通過數據數據采集處理模塊將電池的總電量Qs及經過采樣得到的各采樣點的標校參數的值存入數據存儲單元；
[0020]第二步正常使用經過標校后的電池，并通過所述數據采集處理模塊實時采集電池電流I及所述標校參數的實時參數值，并運用電流I與時間的積分運算得到實時消耗的電量Q ；
[0021]第三步將所述實時參數值與對應的標校參數值進行比較，如果實時參數值與對應的標校參數值差值小于預設值，則總電量Qs與實時消耗的電量Q的差值AQ即為該電池實時的剩余電量；如果實時參數值與對應的標校參數值差值大于預設值，則重復上述步驟。
[0022]這里優(yōu)選的，數據采集處理模塊和數據存儲單元一體化。
[0023]優(yōu)選的，采用MCU作為數據采集處理模塊以及數據存儲單元，如附圖1所示，該MCU具有采集、運算及存儲功能。
[0024]優(yōu)選的，采用帶片內ROM型的MCU作為數據采集處理模塊。
[0025]該方法可用于醫(yī)療器械，尤其是麻醉機或呼吸機上鋰電池電量的檢測。
[0026]采用該方法的鋰電池電量檢測裝置，優(yōu)選的，還包括用戶顯示界面，可以實時顯示電池剩余電量。[0027]采用該方法的鋰電池電量檢測裝置可封裝在鋰電池中，以方便用戶的使用。
[0028]第二實施例，采用如下的方法對鋰電池的電量進行檢測:
[0029]第一步，對電池進行標校，采用以恒定電流Itl對電池進行放電的方法進行，如附圖2所示，至放電結束得到電池總電量值QyQs=ItlT,其中T為至放電結束所耗費的時間。將放電時間進行分段，每階段選取一個采樣點。通過數據采集處理模塊將電池的總電量Qs及經過采樣得到的各采樣點的標校參數的值存入數據存儲單元，標校參數值包括電池電壓的測量值，其測量值在標校過程中記為U。；以及電池剩余電量的計算值，其計算值在標校過程中記為Q。，其中Qc=Qs-1dt,其中t為從開始放電至進行該次采樣所經歷的放電時間。
[0030]優(yōu)選的，設定采樣次數N，計算得到時間步長At，At=T / N，從恒流放電開始之后每隔時間Δ?,采集當前電壓測量值U。,并計算得到當前剩余電量計算值Q。，Qc=Qs-1on Δ1〈η < N，且η為整數。將一一對應的(U。，Q。)值存入數據存儲單元中。
[0031]第二步正常使用經過標校后的電池，如附圖3所示，并通過所述數據采集處理模塊實時采集電池電流I及電池電壓的實時參數值，并運用電流I與時間的積分運算得到實時消耗的電量Q ；
[0032]第三步將電池電壓的實時參數值與對應的標校參數值U。進行比較，如附圖4所示，對應的標校參數值U。按如下方式選取，將總電量Qs與實時消耗的電量Q的差值AQ與存儲在數據存儲單元中的各采樣點的第二參數的計算值Q。進行比較，找到與差值△ Q最接近的計算值Q。，從而得到該計算值Q。所對應的采樣點的第一參數的測量值U。。如果電池電壓的實時參數值與對應的標校參數值差值U。小于預設值，則總電量Qs與實時消耗的電量Q的差值AQ即為該電池 實時的剩余電量；如果實時參數值與對應的標校參數值U。差值大于預設值，則重復上述步驟。
[0033]這里優(yōu)選的，數據采集處理模塊和數據存儲單元一體化。
[0034]優(yōu)選的，采用MCU作為數據采集處理模塊以及數據存儲單元，如附圖1所示，該MCU具有采集、運算及存儲功能。
[0035]優(yōu)選的，采用帶片內ROM型的MCU作為數據采集處理模塊。
[0036]該方法可用于醫(yī)療器械，尤其是麻醉機或呼吸機上鋰電池電量的檢測。
[0037]采用該方法的鋰電池電量檢測裝置，優(yōu)選的，還包括用戶顯示界面，可以實時顯示電池剩余電量。
[0038]采用該方法的鋰電池電量檢測裝置可封裝在鋰電池中，以方便用戶的使用。
[0039]第三實施例，采用如下的方法對鋰電池的電量進行檢測:
[0040]第一步，對電池進行標校，如附圖2所示，采用以恒定電流Itl對電池進行放電的方法進行，至放電結束得到電池總電量值Qs，Qs=IJ,其中T為至放電結束所耗費的時間。將放電時間進行分段，每階段選取一個采樣點。通過數據采集處理模塊將電池的總電量Qs及經過采樣得到的各采樣點的標校參數的值存入數據存儲單元，標校參數值包括電池電壓的測量值，其測量值在標校過程中記為U。；以及電池剩余電量的計算值，其計算值在標校過程中記為Q。，其中Qc=Qs-1dt,其中t為從開始放電至進行該次采樣所經歷的放電時間。通過多次采樣得到U。和Q。的關系擬合曲線圖。
[0041]第二步正常使用經過標校后的電池，如附圖3所示，并通過所述數據采集處理模塊實時采集電池電流I及電池電壓的實時參數值，并運用電流I與時間的積分運算得到實時消耗的電量Q ；
[0042]第三步將電池電壓的實時參數值與對應的標校參數值U。進行比較，如附圖4所示，對應的標校參數值U。按如下方式選取，取總電量Qs與實時消耗的電量Q的差值AQ，在U。和Q。的關系擬合曲線圖中，找到Qc=AQ時所對應的第一參數的測量值U。。如果電池電壓的實時參數值與對應的標校參數值差值U。小于預設值，則總電量Qs與實時消耗的電量Q的差值AQ即為該電池實時的剩余電量；如果實時參數值與對應的標校參數值U。差值大于預設值，則重復上述步驟。
[0043]這里優(yōu)選的，數據采集處理模塊和數據存儲單元一體化。
[0044]優(yōu)選的，采用MCU作為數據采集處理模塊以及數據存儲單元，如附圖1所示，該MCU具有采集、運算及存儲功能。
[0045]優(yōu)選的，采用帶片內ROM型的MCU作為數據采集處理模塊。
[0046]該方法可用于醫(yī)療器械，尤其是麻醉機或呼吸機上鋰電池電量的檢測。
[0047]采用該方法的鋰電池電量檢測裝置，優(yōu)選的，還包括用戶顯示界面，可以實時顯示電池剩余電量。
[0048]采用該方法的鋰電池電量檢測裝置可封裝在鋰電池中，以方便用戶的使用。
[0049]第四實施例，采用如下的方法對鋰電池的電量進行檢測:
[0050]首先在新電池應用之前要對電池進行標校，其具體過程如下:將電池以IA的恒定電流進行放電，由系統(tǒng)采集各個時間段電池電壓值并進行計時，例如:如果以IA恒定電流放電到電池放電截止電壓點所經歷的時間是10小時，那么電池總容量是IOA.Η。通過MCU把標校時間分為10等份并把對應電壓區(qū)間和總容量存入數據存儲單元。
[0051]當標校完成后，系統(tǒng)就可以正常使用此標校過的電池，系統(tǒng)通過實時監(jiān)測電池輸出電壓及電流來得到系統(tǒng)所消耗的電量，例如當系統(tǒng)充滿電情況下電池以IA放電I小時則電量消耗為IA.H則剩余電量為9Α.H。當系統(tǒng)檢測電壓與存儲在數據存儲單元的數據偏差增大時，例如當系統(tǒng)剩余電量為9Α.H對應的電壓為14.4V (4芯鋰電情況下)而檢測電壓為13V則系統(tǒng)提醒用戶應重新標校電池容量。
[0052]軟件積分算法請參閱有關資料這里不再說明。
[0053]注意，上述僅為本發(fā)明的較佳實施例及所運用技術原理。本領域技術人員會理解，本發(fā)明不限于這里所述的特定實施例，對本領域技術人員來說能夠進行各種明顯的變化、重新調整和替代而不會脫離本發(fā)明的保護范圍。因此，雖然通過以上實施例對本發(fā)明進行了較為詳細的說明，但是本發(fā)明不僅僅限于以上實施例，在不脫離本發(fā)明構思的情況下，還可以包括更多其它等效實施例，而本發(fā)明的范圍由所附的權利要求范圍決定。
【權利要求】
1.一種鋰電池電量檢測方法，其特征在于，它包括如下步驟: 第一步對電池進行標校，通過數據采集處理模塊將電池的總電量Qs及經過采樣得到的各采樣點的標校參數的值存入數據存儲單元； 第二步正常使用經過標校后的電池，并通過所述數據采集處理模塊實時采集電池電流I及所述標校參數的實時參數值，運用電流I與時間的積分運算得到實時消耗的電量Q ； 第三步將所述實時參數值與對應的標校參數值進行比較，如果實時參數值與對應的標校參數值差值小于預設值，則總電量Qs與實時消耗的電量Q的差值AQ即為該電池實時的剩余電量；如果實時參數值與對應的標校參數值差值大于預設值，則重復上述步驟。
2.根據權利要求1所述的鋰電池電量檢測方法，其特征在于，第一步中所述標校采用以恒定電流I。對電池進行放電的方法進行，至放電結束得到電池總電量值Qs，Qs=ItlT,其中T為至放電結束所耗費的時間。
3.根據如權利要求2所述的鋰電池電量檢測方法，其特征在于，第一步中的所述標校參數值包括第一參數的測量值以及第二參數的計算值；第二步中所述標校參數為第一參數的測量值。
4.根據權利要求3所述的鋰電池電量檢測方法，其特征在于，所述第一參數為電池電壓，其測量值在標校過程中記為U。；所述第二參數為電池剩余電量，其計算值在標校過程中記為Q。，其中Qc=Qs-1dt,其中t為從開始放電至進行該次采樣所經歷的放電時間。
5.根據權利要求3所述的鋰電池電量檢測方法，其特征在于，所述第一參數為電池電壓，其測量值在標校過程中記為U。；所述第二參數為電池剩余電量，其計算值在標校過程中記為Q。；第一步中所述采樣按以下方式進行，設定采樣次數N，計算得到時間步長At，At=T / N，從恒流放電開始之后每隔時間At，采集當前電壓測量值U。，并計算得到當前剩余電量計算值Qc, Qc=Qs-10Ii Λ t，l〈n≤N，且η為整數。
6.根據權利要求4所述的鋰電池電量檢測方法，其特征在于，第三步中所述的對應的標校參數值按如下方式選取，將總電量Qs與實時消耗的電量Q的差值AQ與存儲在數據存儲單元中的各采樣點的第二參數的計算值Q。進行比較，找到與差值AQ最接近的計算值Q。，從而得到該計算值Q。所對應的采樣點的第一參數的測量值U。，即為所述的對應的標校參數值。
7.根據權利要求5所述的鋰電池電量檢測方法，其特征在于，第三步中所述的對應的標校參數值按如下方式選取，將總電量Qs與實時消耗的電量Q的差值AQ與存儲在數據存儲單元中的各采樣點的第二參數的計算值Q。進行比較，找到與差值AQ最接近的計算值Q。，從而得到該計算值Q。所對應的采樣點的第一參數的測量值U。，即為所述的對應的標校參數值。
8.根據權利要求3所述的鋰電池電量檢測方法，其特征在于，所述第一參數為電池電壓，其測量值在標校過程中記為U。；所述第二參數為電池剩余電量，其計算值在標校過程中記為Q。，其中Qc=Qs-1dt,其中t為從開始放電至進行該次采樣所經歷的放電時間；第一步中所述采樣按以下方式進行，將放電時間進行分段，每階段選取一個采樣點，通過多次采樣得到U。和Q。的關系擬合曲線圖； 所述第三步中所述的對應的標校參數值按如下方式選取，取總電量Qs與實時消耗的電量Q的差值Λ Q，在U。和Q。的關系擬合曲線圖中，找到Qc= △ Q時所對應的第一參數的測量值U。，即為所述對應的標校參數值。
9.根據權利要求1-8所述的鋰電池電量檢測方法，其特征在于，所述數據采集處理模塊采用實時采樣電路進行采樣。
10.根據權利要求1-8所述的鋰電池電量檢測方法，其特征在于，所述數據采集處理模塊采用單片機對采樣數據進行運算處理。
11.根據權利要求1-8所述的鋰電池電量檢測方法，其特征在于，將第三步中所述的電池實時的剩余電量通過通訊傳遞到用戶界面進行顯示。
12.根據權利要求1-8所述的鋰電池電量檢測方法，其特征在于，該方法用于檢測多芯串并聯(lián)鋰電池組的電量。
13.根據權利要求1-8所述的鋰電池電量檢測方法，其特征在于，該方法用于麻醉機或呼吸機上鋰電池電量的檢測。
14.一種采用如權利要求1-12任一項所述的鋰電池電量檢測方法的鋰電池電量檢測裝置，其包括數據采集處理模塊和數據存儲單元。
15.根據權利要求14所述的鋰電池電量檢測裝置，其還包括用戶顯示界面。
16.一種麻醉機，其采用權利要求14或15所述的鋰電池電量檢測裝置。
17.一種呼吸機，其采用權利要求14或15所述的鋰電池電量檢測裝置。
18.一種鋰電池 ，其封裝有如權利要求14或15所述的鋰電池電量檢測裝置。
【文檔編號】G01R31/36GK103913706SQ201210592077
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2012年12月29日 優(yōu)先權日:2012年12月29日
【發(fā)明者】祁業(yè)鵬 申請人:北京誼安醫(yī)療系統(tǒng)股份有限公司