一种精确计算物联网设备电池剩余电量百分比的方法技术

本发明专利技术提出一种精确计算物联网设备电池剩余电量百分比的方法，包括以下步骤：S1，制定多种设备运行模式，建立温度‑电池电压曲线；S2，设备首次上电，将温度作为常量获取电池电量百分比并利用简化的库伦法获得当前电池电量；S3，对不同环境温度下的电池容量和当前电池电量进行校准，再通过采样电压进行二次校准，得出校准后的电池剩余电量百分比。本发明专利技术在不显著增加设备成本的条件下，确保展示在用户显示端剩余电量百分比平稳下降，不会出现电量反升，电量跳变、电量和使用时间不均衡等现象。

【技术实现步骤摘要】
一种精确计算物联网设备电池剩余电量百分比的方法
本专利技术涉及电池百分比计算
，尤其是涉及一种精确计算物联网设备电池剩余电量百分比的方法。
技术介绍
随着物联网技术不断发展，物联网设备需求日益增多。由于安装环境限制和市场需求，大部分物联网设备(以下简称设备)不得不采用电池供电。通常设备管理员和用户都需要实时关注设备的剩余电量百分比，以便他们能及时更换电池，保证设备的正常运行。不精确的电池剩余电量计算会影响设备管理员和用户的判断，电量虚高会导致他们无法及时更换电池影响设备正常工作，计算的剩余电量偏低，会出现0％的电量设备还能正常工作的现象，严重影响用户体验。物联网设备数量大，对成本管控和低功耗要求较高，部分设备还可能需要用电池维持长达数年或数十年持续工作，因此复杂的采样电路或者复杂的算法都是不适合的。由于电池电压会随电池电量减少而降低的特性，可以做为近似计算电池电量的途径。但电池电压受外界干扰因素较多，主要有：1)同一个电池，在同等剩余容量的情况下，电压值会随负载大小而变化。在空载情况下，电压最高。2)同一个电池，在同等剩余容量的情况下，电压值会随环境温度高低而变化。环境温度越高，电压越高，环境温度越低，电压越低。3)不同类型的电池，放电特性曲线也会不一致。4)对于可充电电池，循环充放电也会使电池放电特性曲线发生变化。目前在物联网行业使用的剩余电量百分比计算方案：1)MCU选择统一在关闭所有外设情况下采集电池电压，保证负载尽量保持一致，然后进行多次采集，对采集电压值进行一定的过滤处理，再取电压平均值，然后根据电压-放电时间曲线计算电量百分比。2)电池电量初始值根据采样电压估算电池电量，估算设备的放电电流，根据放电时间和放电电流计算放电量，从而计算得到当前电量，SOCc＝SOCl-I*Δt。SOCC表示当前电量，SOC1表示上一次计算得到的电量，I表示估算的放电电流，Δt表示在放电电流I下持续的时间。3)使用库伦计法，通过测量流入/流出电池的电荷进行积分，得到净电荷数，即剩余电量。4)建立特定函数拟合电池放电曲线，采集电池电压根据拟合曲线估算电池电量，并通过数学模型进行电量校正。5)建立庞大的电池放电曲线库，根据采样的电压值以一定算法去比较曲线库中的放电曲线，确定一条最为相似的放电曲线，从而获取电池电量。而现有技术缺存在以下缺点：1)直接采集电池当前电压，通过一定的滤波方式，然后根据电池放电曲线得到电池电量，这种方式计算简单，不需要增加额外的器件，通用性好，但当负载和环境温度变化时，电池电量的计算准确度无法保证。2)物联网设备通常有低功耗需求，使用电流计算电量的方式能提高计算的电池电量精度，但需要增加电路采样电流，而且需要MCU一直保持工作，增加了设备成本和功耗。3)使用估算时间段内消耗电量的方式，估算的放电电流存在误差，且此误差会随计算次数不断累加，电池使用一段时间后便无法保证计算的电池电量精度。4)选择特定函数拟合放电曲线，再通过数学模型进行电量校正的算法，能解决负载变化引起的测量精度问题，但无法保证环境温度变化对电池电量的计算误差。5)使用采样电池电压对比放电曲线库的方法，不仅占用MCU的存储空间，而且计算量大，也无法解决负载和温度变化对电池电压的影响。
技术实现思路
本专利技术解决了物联网设备的电池因负载变化和环境温度变化同时作用，导致电池电压变化，影响电池剩余电量计算精度的问题，提出一种精确计算物联网设备电池剩余电量百分比的方法，在不显著增加设备成本的条件下，确保展示在用户显示端剩余电量百分比平稳下降，不会出现电量反升，电量跳变、电量和使用时间不均衡等现象。为实现上述目的，本专利技术提供以下的技术方案：一种精确计算物联网设备电池剩余电量百分比的方法，包括以下步骤：S1，制定多种设备运行模式，建立温度-电池电压曲线；S2，设备首次上电，将温度作为常量获取电池电量百分比并利用简化的库伦法获得当前电池电量；S3，对不同环境温度下的电池容量和当前电池电量进行校准，再通过采样电压进行二次校准，得出校准后的电池剩余电量百分比。本专利技术根据电池的特性参数，综合考虑电池负载、环境温度、电压采样误差对电池电量计算的影响，将复杂的多元函数数学模型分解为多个简单的一元函数，利用简化的库伦法计算消耗的电量，利用数学模型对不同环境温度下的电池容量和当前电池电量进行校准，再通过采样电压进行二次校准，使拟合的放电曲线经过每一次计算都逼近实际放电曲线。本专利技术计算的电池电量根据新旧电池特性变化而动态变化，使得计算出来的电池电量百分比更加准确。作为优选，所述步骤S1具体包括：S101，制定多种设备运行模式，并估算电流；S102，根据温度和放电容量散点数据拟合温度-电池总容量曲线；S103，将多条不同温度的特性曲线根据斜率变化规律分解成若干个电池电压和电池电量百分比的一次函数；S104，将电池电量百分比边界值当做常量，拟合温度-电池电压。作为优选，所述步骤S2具体包括：S201，设备首次上电，采样电压值和环境温度；S202，根据电池电量百分比边界值的温度-电池电压曲线计算电池电压；S203，将温度当做常量，拟合电池电压-电池电量百分比曲线，并根据电压得到电池电量百分比；S204，根据温度-电池总容量曲线获取电池总容量，根据电池电量百分比得到当前电池电量。作为优选，所述步骤S3具体包括：S301，运行模式发生切换；S302，计算上一个运行模式消耗的电量；S303，得到当前电池电量，根据电池总容量计算当前电池电量百分比；S304，获取当前温度，根据温度校准电池总容量；S305，保持当前电池电量百分比不变，计算温度校准的当前电池电量；S306，获取当前电池电压，根据电池电压校准当前电池电量和电池总容量；S307，循环步骤S301到步骤S306，获得校准后的电池剩余电量百分比。作为优选，所述步骤S102包括根据温度和放电容量多组数据拟合环境温度-电池总容量曲线函数SOC0(T)＝a0+a1T+a2T2SOC0表示电池总容量，T表示环境温度，a0，a1，a2为常量；所述步骤S103包括将多条不同温度下特性曲线根据斜率的变化规律分别分解成n段一次函数，表示温度Tm下的电池电压和电池电量百分比函数，SOCP表示温度Tm下的电池电量百分比，b0，Λ，bk1，Λbn为常量，p1，Λ，pk，Λpn表示电池电量百分比边界值；所述步骤S104包括将p1，Λ，pk，Λpn代入温度Tm下的电池电压和电池电量百分比函数，得到在温度Tm下p1，Λ，pk，Λpn对应的电池电压值，把p1，Λ，pk，Λpn当做常量，温度Tm和电池电压作为自变量，得到离散集合，pk对应的集合表示pk的电池电量下，Tj温度对应电压值本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种精确计算物联网设备电池剩余电量百分比的方法，其特征是，包括以下步骤：/nS1，制定多种设备运行模式，建立温度-电池电压曲线；/nS2，设备首次上电，将温度作为常量获取电池电量百分比并利用简化的库伦法获得当前电池电量；/nS3，对不同环境温度下的电池容量和当前电池电量进行校准，再通过采样电压进行二次校准，得出校准后的电池剩余电量百分比。/n

【技术特征摘要】
1.一种精确计算物联网设备电池剩余电量百分比的方法，其特征是，包括以下步骤：
S1，制定多种设备运行模式，建立温度-电池电压曲线；
S2，设备首次上电，将温度作为常量获取电池电量百分比并利用简化的库伦法获得当前电池电量；
S3，对不同环境温度下的电池容量和当前电池电量进行校准，再通过采样电压进行二次校准，得出校准后的电池剩余电量百分比。


2.根据权利要求1所述的一种精确计算物联网设备电池剩余电量百分比的方法，其特征是，所述步骤S1具体包括：
S101，制定多种设备运行模式，并估算电流；
S102，根据温度和放电容量散点数据拟合温度-电池总容量曲线；
S103，将多条不同温度的特性曲线根据斜率变化规律分解成若干个电池电压和电池电量百分比的一次函数；
S104，将电池电量百分比边界值当做常量，拟合温度-电池电压。


3.根据权利要求2所述的一种精确计算物联网设备电池剩余电量百分比的方法，其特征是，所述步骤S2具体包括：
S201，设备首次上电，采样电压值和环境温度；
S202，根据电池电量百分比边界值的温度-电池电压曲线计算电池电压；
S203，将温度当做常量，拟合电池电压-电池电量百分比曲线，并根据电压得到电池电量百分比；
S204，根据温度-电池总容量曲线获取电池总容量，根据电池电量百分比得到当前电池电量。


4.根据权利要求3所述的一种精确计算物联网设备电池剩余电量百分比的方法，其特征是，所述步骤S3具体包括：
S301，运行模式发生切换；
S302，计算上一个运行模式消耗的电量；
S303，得到当前电池电量，根据电池总容量计算当前电池电量百分比；
S304，获取当前温度，根据温度校准电池总容量；
S305，保持当前电池电量百分比不变，计算温度校准的当前电池电量；
S306，获取当前电池电压，根据电池电压校准当前电池电量和电池总容量；
S307，循环步骤S301到步骤S306，获得校准后的电池剩余电量百分比。


5.根据权利要求2所述的一种精确计算物联网设备电池剩余电量百分比的方法，其特征是，
所述步骤S102包括根据温度和放电容量多组数据拟合环境温度-电池总容量曲线函数
SOC0(T)＝a0+a1T+a2T2
SOC0表示电池总容量，T表示环境温度，a0，a1，a2为常量；
所述步骤S103包括将多条不同温度下特性曲线根据斜率的变化规律分别分解成n段一次函数，



表示温度Tm下的电池电压和电池电量百分比函数，SOCP表示温度Tm下的电池电量百分比，b0，Λ，bk1，Λbn为常量，p1，Λ，pk，Λpn表示电池电量百分比边界值；
所述步骤S104包括将p1，Λ，pk，Λpn代入温度Tm下的电池电压和电池电量百分比函数，得到在温度Tm下p1，Λ，pk，Λpn对应的电池电压值，把p1，Λ，pk，Λpn当...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨守望，焦绍华，王哲豪，程晨瓯，
申请(专利权)人：杭州绿鲸科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33