本發(fā)明基于可拆卸電池的分段式電量檢測方法，涉及電池分析領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)有的關(guān)于可拆卸電池的電量檢測方法存在以下不足：

2、模型復(fù)雜：電池建模方法需要建立一個復(fù)雜的數(shù)據(jù)模型表示電池電壓與電量之間的關(guān)系；這個數(shù)據(jù)模型的建立過程需要考慮電池的充電、放電、負(fù)載功耗等多種因素，使得模型的建立過程變得非常復(fù)雜和繁瑣。

3、算法設(shè)計：現(xiàn)有方法僅涉及電池充電過程或電池放電過程的狀態(tài)變化，無法涵蓋電池的全整使用周期；同時，在對電池實際功放的分析過程中現(xiàn)有方法使用靜態(tài)分析法，這個方法不能實現(xiàn)在電池充電和放電過程中，對電池功放狀態(tài)的動態(tài)描述，無法反映電池的實際工作狀態(tài)。

4、操作復(fù)雜性：現(xiàn)有方法需要電池從業(yè)者手動設(shè)置或調(diào)整電量檢測設(shè)備的運行參數(shù)，進(jìn)而實現(xiàn)對電池的分段式電量檢測；這種檢測方法會增加電池從業(yè)者的操作復(fù)雜性，影響檢測效率。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明目的是提供基于可拆卸電池的分段式電量檢測方法，旨在解決電池分析效率低的問題。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過如下的技術(shù)方案來實現(xiàn)：基于可拆卸電池的分段式電量檢測方法包括：

3、步驟s1：獲取待檢電池的容量、充電功率、充電電壓、充電電流、放電功率和開放電壓，得到電池數(shù)據(jù)；

4、步驟s2：對無電電池進(jìn)行充電，并記錄電池在充電過程中的電流變化、電壓變化和充電時長，得到充電數(shù)據(jù)；

5、對滿電電池進(jìn)行放電，并記錄電池在放電過程中的電流變化、電壓變化和放電時長，得到放電數(shù)據(jù)；

6、根據(jù)電池數(shù)據(jù)，使用卡爾曼濾波對充電數(shù)據(jù)和放電數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到電池在充電過程中的卡爾曼增益和電池在放電過程中的卡爾曼增益；

7、步驟s3：根據(jù)電池在充電過程中的卡爾曼增益和放電過程中的卡爾曼增益，分析單個電池充電和放電的功放狀態(tài)，得到初級電池報告；對全部的待檢電池進(jìn)行抽樣，作為樣本電池；分析多個樣本電池的功放狀態(tài)，更新初級電池報告，得到電池報告；

8、步驟s4：匯總電池報告并反饋；持續(xù)更新電池數(shù)據(jù)，更新電池報告。

9、進(jìn)一步地，所述步驟s2的具體步驟如下：

10、步驟s21：將待檢電池的容量記作rc，充電功率記作rp，放電功率記作dp；

11、步驟s22：獲取電池的充電時長，記作rt；

12、獲取電池在充電時長內(nèi)，電池的實際充電電流，記作：ir1、ir2～irrt；

13、獲取電池在充電時長內(nèi)，電池的實際充電電壓，記作：ur1、ur2～urrt；

14、其中，ir1和ur1分別表示第1秒對應(yīng)的實際充電電流和實際充電電壓；ir2和ur2分別表示第2秒對應(yīng)的實際充電電流和實際充電電壓；以此類推，irrt和urrt分別表示第rt秒對應(yīng)的實際充電電流和實際充電電壓；

15、將ir1～irrt和ur1～urrt，作為充電數(shù)據(jù)；

16、步驟s23：獲取電池的放電時長，記作dt；

17、獲取電池在放電時長內(nèi)，電池的實際放電電流，記作：id1、id2～iddt；

18、獲取電池在放電時長內(nèi)，電池的實際放電電壓，記作：ud1、ud2～uddt；

19、其中，id1和ud1，分別表示第1秒對應(yīng)的實際放電電流和實際放電電壓；id2和ud2，分別表示第2秒對應(yīng)的實際放電電流和實際放電電壓；以此類推，iddt和uddt，分別表示第dt秒對應(yīng)的實際放電電流和實際放電電壓；

20、將id1～iddt和ud1～uddt，作為放電數(shù)據(jù)；

21、步驟s24：將充電電壓記作iu，充電電流記作ii，對充電數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合；

22、步驟s25：將開放電壓記作ou，開放電流記作oi，對放電數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合；

23、步驟s26：匯總步驟s21～步驟s25中的數(shù)據(jù)，進(jìn)入步驟s3。

24、進(jìn)一步地，所述步驟s24的具體步驟如下：

25、步驟s241：定義計算式a1：

26、其中，qb(i)表示充電過程中電池第i秒的電量百分比，i的取值范圍為：1～rt；irj表示充電過程中第j秒的實際充電電流，j的取值范圍為：1～i；

27、將ir1～irrt代入計算式a1中，計算充電過程中電池第1至第rt秒的電量百分比，得到：qb(1)、qb(2)～qb(rt)；

28、其中，qb(1)表示充電過程中電池第1秒的電量百分比；qb(2)表示充電過程中電池第2秒的電量百分比；以此類推，qb(rt)表示充電過程中電池第rt秒的電量百分比；

29、步驟s242：定義計算式a2：

30、

31、其中，pbr(i)表示充電過程中電池第i秒的實際充電功率百分比，iri表示充電過程中第i秒的實際充電電流，uri表示充電過程中第i秒的實際充電電壓，i的取值范圍為：1～rt；

32、將ir1～irrt和ur1～urrt代入計算式a2中，計算充電過程中電池第1至第rt秒的實際充電功率百分比，得到：pbr(1)、pbr(2)～pbr(rt)；

33、其中，pbr(1)表示充電過程中電池第1秒的實際充電功率百分比；pbr(2)表示充電過程中電池第2秒的實際充電功率百分比；以此類推，pbr(rt)表示充電過程中電池第rt秒的實際充電功率百分比；

34、步驟s243：匯總步驟s241～步驟s242中的數(shù)據(jù)，構(gòu)建電池的充電變化矩陣，記作矩陣a；矩陣a的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

35、

36、按時間順序，對矩陣a進(jìn)行分割，得到矩陣a(1)、矩陣a(2)～矩陣a(rt)；

37、第1秒的分割為矩陣a(1)；矩陣a(1)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

38、

39、第2秒的分割為矩陣a(2)；矩陣a(2)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

40、

41、以此類推，第rt秒的分割為矩陣a(rt)；矩陣a(rt)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

42、

43、步驟s244：以矩陣ro為初態(tài)，計算充電過程中電池第1秒的卡爾曼增益，記作krk(1)；矩陣ro的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

44、步驟s245：以矩陣a(1)為初態(tài)，計算充電過程中電池第2秒的卡爾曼增益，記作krk(2)；

45、步驟s246：重復(fù)計算krk(1)～krk(2)的相同步驟，計算充電過程中第3至第rt秒對應(yīng)的卡爾曼增益，得到krk(3)～krk(rt)。

46、進(jìn)一步地，所述步驟s244的具體步驟如下：

47、步驟s2441：計算矩陣ro變?yōu)榫仃嘺(1)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，記作矩陣a(o-1)；矩陣a(o-1)的計算式為：

48、其中，×表示矩陣乘法，t表示矩陣的轉(zhuǎn)置，-1表示矩陣的逆；

49、步驟s2442：計算矩陣ro的誤差舉證，記作矩陣rro；矩陣rro的數(shù)學(xué)計算式為：

50、其中，－表示矩陣減法；

51、計算矩陣a(1)的誤差舉證，記作矩陣ra(1)；矩陣ra(1)的數(shù)學(xué)計算式為：

52、

53、計算由矩陣ro變?yōu)榫仃嘺(1)的誤差過渡矩陣，記作矩陣qa(1)；矩陣qa(1)的數(shù)學(xué)計算式為：

54、qa(1)＝ra(1)－rro；

55、步驟s2443：計算矩陣ro的誤差協(xié)方差矩陣，記作矩陣pk-(o)；矩陣pk-(o)的計算式為：

56、pk-(o)＝(1/4)×(apk-(o)t×apk-(o))；其中，×表示矩陣乘法，t表示矩陣的轉(zhuǎn)置，apk-(o)表示矩陣pk-(o)的過渡矩陣，apk-(o)的計算式為：

57、apk-(o)＝ro－[(1/4)×i×ro]；其中，－表示矩陣減法，i表示1矩陣；

58、步驟s2444：計算矩陣a(1)的前置誤差協(xié)方差矩陣，記作矩陣pk(1)－；矩陣pk(1)－的計算式為：

59、pk(1)－＝a(o-1)×pk-(o)×(a(o-1))t+qa(1)；其中，×表示矩陣乘法，t表示矩陣的轉(zhuǎn)置，+表示矩陣加法；

60、計算充電過程中電池第1秒的卡爾曼增益krk(1)，的計算式為：

61、

62、進(jìn)一步地，所步驟s245的具體步驟如下：

63、步驟s2451：計算矩陣a(1)變?yōu)榫仃嘺(2)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，記作矩陣a(1-2)；a(1-2)的計算式為：

64、其中，×表示矩陣乘法，t表示矩陣的轉(zhuǎn)置，-1表示矩陣的逆；

65、步驟s2452：獲取矩陣a(1)的誤差舉證矩陣ra(1)；

66、計算矩陣a(2)的誤差舉證，記作矩陣ra(2)；矩陣ra(2)的數(shù)學(xué)計算式為：

67、其中，－表示矩陣減法；

68、計算由矩陣a(1)變?yōu)榫仃嘺(2)的誤差過渡矩陣，記作矩陣qa(2)；矩陣qa(2)的數(shù)學(xué)計算式為：

69、qa(2)＝ra(2)－ra(1)；

70、步驟s2453：計算ra(1)的誤差協(xié)方差矩陣，記作矩陣pk-(1)；矩陣pk-(1)的計算式為：

71、pk-(1)＝(1/4)×(apk-(1)t×apk-(1))；其中，×表示矩陣乘法，t表示矩陣的轉(zhuǎn)置，apk-(1)表示矩陣pk-(1)的過渡矩陣，矩陣apk-(1)的計算式為：

72、apk-(1)＝a(1)－[(1/4)×i×a(1)]；其中，－表示矩陣減法，i表示1矩陣；

73、步驟s2454：計算矩陣a(2)的前置誤差協(xié)方差矩陣，記作矩陣pk(2)－；矩陣pk(2)－的計算式為：

74、pk(1)－＝a(1-2)×pk-(1)×(a(1-2))t+qa(2)；其中，×表示矩陣乘法，t表示矩陣的轉(zhuǎn)置，+表示矩陣加法；

75、計算充電過程中電池第2秒的卡爾曼增益krk(2)，的計算式為：

76、

77、進(jìn)一步地，所述步驟s25的具體步驟如下：

78、步驟s251：定義計算式a3：

79、其中，yb(i)表示放電過程中電池第i秒的剩余電量百分比，i的取值范圍為：1～rt；idj表示充電過程中第j秒的實際充電電流，j的取值范圍為：1～i；

80、將id1～iddt代入計算式a3中，計算充電過程中電池第1至第ddt秒的電量百分比，得到：yb(1)、yb(2)～yb(dt)；

81、其中，yb(1)表示放電過程中電池第1秒的電量百分比；yb(2)表示放電過程中電池第2秒的剩余電量百分比；以此類推，yb(dt)表示放電過程中電池第dt秒的剩余電量百分比；

82、步驟s252：定義計算式a4：

83、

84、其中，pbd(i)表示充電過程中電池第i秒的實際充電功率百分比，idi表示充電過程中第i秒的實際充電電流，udi表示充電過程中第i秒的實際充電電壓，i的取值范圍為：1～dt；

85、將id1～iddt和ud1～uddt代入計算式a4中，計算充電過程中電池第1至第dt秒的實際充電功率百分比，得到：pbd(1)、pbd(2)～pbd(dt)；

86、其中，pbd(1)表示充電過程中電池第1秒的實際充電功率百分比；pbd(2)表示充電過程中電池第2秒的實際充電功率百分比；以此類推，pbd(dt)表示充電過程中電池第dt秒的實際充電功率百分比；

87、步驟s253：匯總步驟s251～步驟s252中的數(shù)據(jù)，構(gòu)建電池的充電變化矩陣，記作矩陣b；矩陣b的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

88、

89、按時間順序，對矩陣b進(jìn)行分割，得到矩陣b(1)、矩陣b(2)～矩陣b(dt)；

90、第1秒的分割為矩陣b(1)；矩陣b(1)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

91、

92、第2秒的分割為矩陣b(2)；矩陣b(2)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

93、

94、以此類推，第dt秒的分割為矩陣b(dt)；矩陣b(dt)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

95、

96、步驟s254：以矩陣do為初態(tài)，計算電池第1秒的卡爾曼增益，記作kdk(1)；矩陣do的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

97、步驟s255：重復(fù)計算kdk(1)的相同步驟，計算放電過程中第2至第rt秒對應(yīng)的卡爾曼增益，得到kdk(2)～kdk(dt)。

98、進(jìn)一步地，所述步驟s254的具體步驟如下：

99、步驟s2541：計算矩陣do變?yōu)榫仃嘼(1)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，記作矩陣b(o-1)；矩陣b(o-1)的計算式為：

100、其中，×表示矩陣乘法，t表示矩陣的轉(zhuǎn)置，-1表示矩陣的逆；

101、步驟s2542：計算矩陣do的誤差舉證，記作矩陣rbo；矩陣rbo的數(shù)學(xué)計算式為：

102、其中，－表示矩陣減法；

103、計算矩陣b(1)的誤差舉證，記作矩陣rb(1)；矩陣rb(1)的數(shù)學(xué)計算式為：

104、

105、計算由矩陣do變?yōu)榫仃嘼(1)的誤差過渡矩陣，記作矩陣qb(1)；矩陣qb(1)的數(shù)學(xué)計算式為：

106、qb(1)＝rb(1)－rbo；

107、步驟s2543：計算矩陣do的誤差協(xié)方差矩陣，記作矩陣pd-(o)；矩陣pd-(o)的計算式為：

108、pd-(o)＝(1/4)×(apd-(o)t×apd-(o))；其中，×表示矩陣乘法，t表示矩陣的轉(zhuǎn)置，apd-(o)表示矩陣pd-(o)的過渡矩陣，apd-(o)的計算式為：

109、apk-(o)＝do－[(1/4)×i×do]；其中，－表示矩陣減法，i表示1矩陣；

110、步驟s2544：計算矩陣b(1)的前置誤差協(xié)方差矩陣，記作pd(1)－；pd(1)－的計算式為：

111、pd(1)－＝b(o-1)×pd-(o)×(b(o-1))t+qb(1)；其中，×表示矩陣乘法，t表示矩陣的轉(zhuǎn)置，+表示矩陣加法；

112、計算放電過程中電池第1秒的卡爾曼增益kdk(1)，的計算式為：

113、

114、進(jìn)一步地，所述的步驟s3的具體步驟如下：

115、步驟s31：根據(jù)電池在充電過程中的卡爾曼增益，分析電池充電過程的功放狀態(tài)；

116、定義關(guān)系式b1-1：[krk(i)－krk(i-1)]×[krk(i-1)－krk(i-2)]＞0；

117、關(guān)系式b1-2：[krk(i)－krk(i-1)]×[krk(i+1)－krk(i)]＜0；

118、關(guān)系式b1-3：[krk(i+1)－krk(i)]×[krk(i+2)－krk(i+1)]＞0；

119、其中，krk(i)表示電池充電過程中第i秒對應(yīng)的卡爾曼增益；krk(i+1)表示電池充電過程中第(i+1)秒對應(yīng)的卡爾曼增益；依此類推，krk(i-2)表示電池充電過程中第(i－2)秒對應(yīng)的卡爾曼增益；i的取值范圍為：1～rt；rt表示電池的充電時長；

120、將電池充電過程中的卡爾曼增益krk(1)～krk(rt)，代入關(guān)系式b1-1至關(guān)系式b1-3中，提取同時滿足關(guān)系式b1-1至關(guān)系式b1-3的卡爾曼增益，作為充電斷電；統(tǒng)計充電斷電的數(shù)量，記作dr；

121、步驟s32：提取第1個充電斷點對應(yīng)的時間，記作rrt(1)；

122、提取第2個充電斷點對應(yīng)的時間，記作rrt(2)；

123、以此類推，提取第dr個充電斷點對應(yīng)的時間，記作rrt(dr)；

124、其中，rrt(1)～rrt(dr)與rt滿足：rrt(1)＜rrt(2)＜～＜rrt(dr)＜rt；

125、以1至rrt(1)秒為第1個充電時間段，分析電池從開始充電到第1個充電斷點的功放狀態(tài)；

126、步驟s33：以rrt(1)至rrt(2)秒為第2個充電時間段；以rrt(3)至rrt(3)秒為第3個充電時間段；以此類推，以rrt(dr-1)至rrt(dr)秒為第dr個充電時間段；以rrt(dr)至rrt(rt)秒為第(dr+1)個充電時間段；

127、重復(fù)分析第1個充電時間段內(nèi)電池功放狀態(tài)的相同步驟，分析電池在充電過程中第2至第(dr+1)個充電時間段內(nèi)的功放狀態(tài)；

128、步驟s34：重復(fù)分析電池充電過程功放狀態(tài)的相同步驟，分析電池放電過程的功放狀態(tài)；

129、匯總電池充電過程的功放狀態(tài)和電池放電過程的功放狀態(tài)，作為初級電池報告；

130、步驟s35：獲取全部待檢電池的數(shù)量，記作tb；對全部的待檢電池進(jìn)行隨機(jī)抽樣，作為樣本電池；樣本電池的數(shù)量，記作bn；bn與tb的關(guān)系滿足：bn≤(tb×15％)；

131、重復(fù)分析單個電池功放狀態(tài)的相同步驟，得到樣本電池的功放狀態(tài)；

132、根據(jù)樣本電池的功放狀態(tài)，使用numpy庫中的average函數(shù)和matlab軟件對初級電池報告中的時間段劃分進(jìn)行加權(quán)更新，得到電池報告。

133、進(jìn)一步地，所述步驟s32的具體步驟如下：

134、步驟s321：獲取電池充電過程中第1秒對應(yīng)的卡爾曼增益krk(1)；

135、獲取電池充電過程中第rrt(1)秒對應(yīng)的卡爾曼增益krk(rrt(1))；

136、判斷[krk(rrt(1))－rrt(1)]的大小，確定電池在第1個充電時間段內(nèi)的功放方程；

137、步驟s322：若[krk(rrt(1))－rrt(1)]＞0，說明電池處于快速充電狀態(tài)；

138、獲取電池在第1時間段內(nèi)的實際充電電流、實際充電電壓、電量百分比和實際充電功率百分比；

139、以電量百分比為自變量，實際充電電流、實際充電電壓和實際充電功率百分比為因變量，使用matlab軟件依次求解電池在快速充電狀態(tài)中的電量百分比—實際充電電流的關(guān)系方程，記作fqi1(qb)；

140、電量百分比—實際充電電壓的關(guān)系方程，記作fqu1(qb)；

141、電量百分比—實際充電功率百分比的關(guān)系方程，記作fqp1(qb)；

142、將fqi1(qb)、fqu1(qb)和fqp1(qb)，作為電池在第1個充電時間段內(nèi)快速充電的功放方程；

143、步驟s323：若[krk(rrt(1))－rrt(1)]＜0，說明電池處于慢速充電狀態(tài)；

144、重復(fù)求解fqi1(qb)、fqu1(qb)和fqp1(qb)的過程，利用matlab軟件計算電池在慢速充電狀態(tài)中的電量百分比—實際充電電流的關(guān)系方程，記作fqi1(qb)`；

145、電量百分比—實際充電電壓的關(guān)系方程，記作fqu1(qb)`；

146、電量百分比—實際充電功率百分比的關(guān)系方程，記作fqp1(qb)`；

147、將fqi1(qb)`、fqu1(qb)`和fqp1(qb)`，作為電池在第1個充電時間段內(nèi)慢速充電的功放方程；

148、步驟s324：若[krk(rrt(1))－rrt(1)]＝0，說明電池處于電量穩(wěn)定狀態(tài)；

149、計算電池在第1時間段內(nèi)的實際充電電流的平均值，記作air(1)；實際充電電壓的平均值，記作aur(1)；電量百分比的平均值，記作aqb(1)；實際充電功率百分比的平均值，記作apbr(1)；

150、將air(1)、aur(1)、aqb(1)和apbr(1)，作為電池在第1個充電時間段內(nèi)電量穩(wěn)定的功放方程。

151、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

152、準(zhǔn)確性高：本發(fā)明的分段式電池檢測通過分析電池的充電和放電過程，將電池電壓分為多個段，再進(jìn)行分析和數(shù)學(xué)建模，能夠更精確地反映電池在各個階段的實際容量，提高電量檢測的準(zhǔn)確性。

153、精度高：本發(fā)明的電池數(shù)學(xué)建模方法通過獲取電池充放電的電壓和電流變化建立電池的充放電數(shù)據(jù)模型，這種方法可以動態(tài)表示電池電量和電池工作狀態(tài)，有效地提高了電量的測量精度。

154、操作簡便效率高：

155、本發(fā)明能夠根據(jù)電池的出廠參數(shù)，自行設(shè)定電池測量的設(shè)備參數(shù)，操作簡單，對從業(yè)者友好；同時，本發(fā)明可以實時電池完整的充放電過程，針對電池每一時刻的電量變化可以精確模擬實現(xiàn)快速檢測，提高電池電量測量的速度。