锂离子电池电量的测量方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术是一种锂离子电池电量的测量方法及其装置，该方法是首先获得描述锂电池在寿命过程中，剩余电量与开路电压的一组关系曲线和拟合函数；根据测得的低频交流阻抗经修正后的模值，选取相应的一支剩余电量与开路电压的关系曲线或拟合函数；根据测得的开路电压和所选定的拟合函数，计算出电池的剩余电量。该装置包括外壳和内置电路板，由微计算机、充电电流控制电路、充放电电流信号放大电路、电流检测电路、正弦振荡器、小信号正弦调制放电电路、交流阻抗检测电路相互连接组成。本发明专利技术避免了端电压法在电池负载电流变化时所引起的剩余电量测量误差；也避免了因电池衰老而引起的剩余电量测量误差。本发明专利技术适用于不同衰老程度的锂电池的剩余电量测量。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂电池电量测量
，具体是指一种锂离子电池电量的测量方法及其装置。
技术介绍
锂电池剩余电量的测量，目前普遍采用的是积算法和电压法。积算法是不断检测电池各时刻的放电电流和放电时间，来累计电池的放电电量。然后用电池的满充电量(一般是新电池标称的电量)减去累积的放电量，求得剩余电量。积算法的不足之处是，它需要记忆和存储电池在放电周期内的用电历史，以便累计总放电量。但是随着电池充、放电循环次数的增多，电池逐渐衰老，其满充电量将逐渐减少。因此，积算法对不同衰老程度的电池将引起较大测量误差。电压法计算电池剩余电量，则是利用预先得到的电池端电压和电量的关系曲线，通过测量电池的端电压，并参照原来的曲线求得剩余电量。有人进一步提出，在不同载负电流放电时，通过引入修正量，把测得的电池端电压调整为参考曲线的端电压，并由此确定电池的剩余电量，但电压法仍然无法避免对不同衰老程度的电池测量时所引起的测量误差。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决上述现有技术中存在的不足之处，提供一种锂离子电池电量的测量方法及其装置，它通过测量锂电池本身的某些参数(如开路电压、交流阻抗等)，就可以判断不同衰老程度的锂电池在满充电、部分充电或部分放电等状态下的剩余电量，无需知道电池过去的用电历史，也不受放电电流(负载电流)的变化所影响。本专利技术所述一种锂离子电池电量的测量方法，其特征是，它包括如下步骤第一步首先获得描述锂电池在寿命过程中，剩余电量Rcap与开路电压V0的一组关系曲线和拟合函数；第二步根据测量得到的低频交流阻抗经修正后的模值R0，选取相应的一支剩余电量Rcap与V0的关系曲线或拟合函数；第三步根据测得的开路电压V0和所选定的拟合函数，计算出电池的剩余电量。本专利技术所述一种锂离子电池电量的测量装置，包括外壳和内置电路板，其特征是，它由微计算机、充电电流控制电路、充放电电流信号放大电路、电流检测电路、正弦振荡器、小信号正弦调制放电电路、交流阻抗检测电路相互连接组成，其中，微计算机通过控制信号线分别与充电电流控制电路和交流阻抗检测电路相连接，交流阻抗检测电路还分别与电流检测电路、锂离子电池相连接，充放电电流信号放大电路还与电流检测电路相连接，小信号正弦调制放电电路还与锂离子电池相连接，小信号正弦调制放电电路连接有正弦振荡器，电流检测电路还通过转换开关分别与充电电流控制电路、小信号正弦调制放电电路、锂离子电池相连接。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果本专利技术由于检测的是电池的开路电压，就避免了端电压法在电池负载电流变化时所引起的剩余电量测量误差；由于引入了低频交流阻抗来表征电池的衰老程度，并根据交流阻抗值选用相应的开路电压V0与剩余电量Rcap的关系曲线及拟合函数，因此，避免了因电池衰老而引起的剩余电量测量误差。本专利技术适用于不同衰老程度的锂电池的剩余电量测量。附图说明图1是本专利技术的装置原理框图；图2是18650A型新电池已放电量dcap与开路电压V0的关系曲线；图3是18650A型新电池剩余电量Rcap与开路电压V0的关系曲线；图4是18650型电池衰老过程中，交流(25Hz)阻抗R0与电池满充电量fcap的关系曲线；图5是18650型电池寿命过程中，在不同衰老程度(R0不同取值范围)下的一组剩余电量Rcap与开路电压V0的关系曲线；图6是本专利技术装置的电路原理图。如图1所示，本专利技术所述一种锂离子电池电量的测量装置，由外壳和微计算机、充电电流控制电路、充放电电流信号放大电路、电流检测电路、正弦振荡器、小信号正弦调制放电电路、交流阻抗检测电路相互连接组成。微计算机可以通过一个显示器显示测试结果。整个测试装置实际上是在微机控制下的实时检测系统。如图6所示，微计算机通过I/O控制开关K204、K201、K202、K301的闭合状态，使测量装置可分别处于充、放电状态，开路电压检测和交流阻抗检测状态。在充电时，微计算机通过程序由D/A调节控制充电电流控制电路，来实现设定的“恒流充电—恒压充电—截止充电”的充电过程，其中，充电电流控制电路由Q505(9013)和Q506(TIP142)组成。电流检测电路由MAX471集成块组成，它把充电电流、放电电流、正弦调制放电电流线性地转换成电压信号。充放电电流信号放大电路是由LF357组成的电压放大器，它把MAX471检测的电流信号放大后，经A/D转换，由微计算机读取充电电流和放电电流。正弦振荡器由MAX038组成。小信号正弦调制放电电路是由INA111和TIP41组成。交流阻抗检测电路由模拟开关CD4051、两块OP37运算放大器、PGA103程控增益放大器和真有效值检测集成块AD637组成。在交流阻抗测量时，电池处于小信号正弦调制放电状态，电池的交流压降信号和MAX471检测的交流放电电流信号在微计算机I/O控制下，分时地通过模拟开关CD4051，并经过OP37和PGA103进行电压放大后，再经AD637分时测得电池交流阻抗压降和交流放电电流的有效值，经A/D转换后，由微计算机求得电池的交流阻抗。微计算机根据测得的阻抗值判断电池的衰老程度，并根据阻抗值选择相应的一支曲线，并根据检测得到的开路电压V0，由相应曲线的拟合函数计算出剩余电量。专利技术人对金柏电子国际有限公司的18650A型锂离子电池(新电池满充电量fcap＝1650mAH)进行满充电后，每6只电池组成一组，每组分别以600mA、900mA、1200mA进行恒流放电，每放电100mAH或150mAH(毫安时)进行一次开路电压检测，如此循环，直到2.8V截止放电为止。开路电压检测应在恒流放电停止后，延时200秒后进行。因为停止放电后，电池的开路电压有逐渐回升的过程。实验数据表明，延时200秒后，电池的开路电压将回升到稳定时的95％左右。因此，延时200秒测得的开路电压可近似看作是稳定时的开路电压。对上述大量实验的数据分析处理的结果表明，电池的已放电量dcap与电池的开路电压V0成对应关系，这种关系可以用拟合曲线和拟合函数描述，如图2所示。(1)当开路电压V0在4V＜V0≤4.18V时，dcap＝-428.84V02+1853.48V0-260.61(2)当开路电压V0在3.7V＜V0≤4.0V时，dcap＝7.53693×103V02-6.188405×104V0+1.2723689×105(3)当开路电压V0在3.3V≤V0≤3.7V时，dcap＝-1.197381×104V04+1.6090997×105V03-8.1079514×105V02+1.81532235×106V0-1.5219766×106由于电池的剩余电量Rcap为电池的满充电量fcap与电池的已放电量dcap之差，据此，也可以得到电池剩余电量Rcap与开路电压V0的关系曲线及其拟合函数，如图3所示。(1)当开路电压V0在4V＜V0≤4.18V时，Rcap＝428.84V02-1853.48V0+1910.61(2)当开路电压V0在3.7V＜V0≤4.0V时，Rcap＝-7.53693×103V02+6.188405×104V0-1.2558689×105(3)当开路电压V0在3.3V≤V0≤3.7V时，Rcap＝1.197381×104V04-1.609本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池电量的测量方法，其特征是，它包括如下步骤：第一步 首先获得描述锂电池在寿命过程中，剩余电量与开路电压的一组关系曲线和拟合函数；第二步 根据测量得到的低频交流阻抗经修正后的模值，选取相应的一支剩余电量与开路电压的关系曲线 或拟合函数；第三步 根据测得的开路电压和所选定的拟合函数，计算出电池的剩余电量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林悦波，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]