专利名称：快速电池剩余电量估计系统及其方法
技术领域：
本发明涉及一种电池的技术领域，尤其涉及一种快速电池剩余电量估计系统及其方法。
背景技术：
随着各种电能储能设备的迅猛发展，对电池剩余电量的估计开始受到了人们的重视。只有对电池剩余电量进行准确的估计，才能让使用者及时了解电池剩余使用时间，从而消除在电池使用过程中对电能不足的顾虑。特别地，目前世界各国都在关注环保和能源危机两个问题。相对于传统的燃油汽车，电动汽车可实现零排放。因此，电动汽车将成为未来汽车工业的发展方向。在电动汽车中，电池直接作为能量供给部件，其工作状态的好坏直接关系到整个汽车的行驶安全性。因此，需要全程对电池剩余电量进行准确的估计。具体地，在电池产品出厂前对电池剩余电量进行估计，能够保证电池出厂的质量；在电池使用过程中对电池剩余电量进行估计，可以及时掌握准确的电能信息，预测后续可使用的时间并及时进行充电；在电池性能随着日常使用而逐渐衰退过程中，对电池剩余电量的准确估计可以预测电池剩余寿命，提前做好更换新电池，回收旧电池的计划安排，从而减少不必要的充电能耗，避免漏液等突发失效情况， 提高电池使用的安全性和可靠性。因此，对电池剩余电量的进行快速准确的估计具有非常重要的应用价值和现实意义。现有技术中的电池剩余电量估计方法包括开路电压法、安时法、库仑计数和阻抗法等。然而，开路电压法估计电池剩余电量时，电池须静置较长时间以达到稳定状态，故只适用于电动汽车在停车状态下的电池剩余电量估计。而安时法则容易受到电流测量精度的影响，在高温或电流波动剧烈的情况下，电池剩余电量估计的精度很差，不能满足实际应用的需求。

发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种快速电池剩余电量估计系统及其方法，根据对电池进行快速充放电测试得到的电池的相关参数来估计电池的剩余电量，其速度快，准确度高。为实现上述目的，本发明提供了一种快速电池剩余电量估计系统，包括电池充放电控制模块，其与电池相连，并从所述电池中取得电池型号及历史信息；电池测试模型库，其与所述电池充放电控制模块相连，供其提取与所述电池型号及历史信息匹配的快速充电放电测试序列、电压特征提取模型参数、电流特征提取模型参数和剩余电量分析模型参数；电压特征提取模块，其与所述电池充放电控制模块相连，并计算所述电池的电压特征；
电流特征提取模块，其与所述电池充放电控制模块相连，并计算所述电池的电流特征；剩余电量分析模块，其与所述电压特征提取模块、电流特征提取模块和电流充放电控制模块相连，并根据所述电压特征和电流特征，计算所述电池的剩余电量；以及电池剩余电量存储显示模块，其与所述剩余电量分析模块和电池测试模型库相连，用于存储和显示所述电池的剩余电量信息。上述的快速电池剩余电量估计系统，其中，所述电池测试模型库中包含有与所述电池型号和历史信息相匹配的快速充电放电测试序列、电压特征提取模型参数、电流特征提取模型参数和剩余电量分析模型参数。上述的快速电池剩余电量估计系统，其中，所述电池为干电池、蓄电池、燃料电池或动力电池。上述的快速电池剩余电量估计系统，其中，所述电池剩余电量存储显示模块包括液晶显示器。另外，本发明还提供一种快速电池剩余电量估计方法，包括如下步骤提取电池的电池型号及历史信息；根据所述电池的电池型号及历史信息，在电池测试模型库中提取与所述电池型号及历史信息相对应快速充电放电测试序列、电压特征提取模型参数、电流特征提取模型参数和剩余电量分析模型参数；根据所述快速充电放电测试序列，对所述电池进行快速充放电测试；在所述快速充放电测试过程中，采集所述电池的电压、电流信息；根据所述电池的电压、电流信息估计所述电池的剩余电量；显示并存储所述电池的剩余电量信息。上述的快速电池剩余电量估计方法，其中，还包括根据所述电池剩余电量信息更新所述电池测试模型库。上述的快速电池剩余电量估计方法，其中，所述电池测试模型库中的电压特征提取模型参数、电流特征提取模型参数和剩余电量分析模型参数通过对样品电池进行快速充放电测试取得的。进一步地，上述的快速电池剩余电量估计方法，其中，所述快速充放电测试在电池剩余电量的任意节点处进行。上述的快速电池剩余电量估计方法，其中，所述电池为干电池、蓄电池、燃料电池或动力电池。因此，本发明的一种快速电池剩余电量估计系统及其方法通过对电池进行相应的快速充放电测试来估计其剩余电量，其结构简单，准确度高，能够实时为用户提供电池剩余电量信息，便于电池使用的管理。


图1是本发明的快速电池剩余电量估计系统的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。如图1所示，本发明的快速电池剩余电量估计系统包括电池充放电控制模块102、 电池测试模型库104、电压特征提取模块105、电流特征提取模块106、剩余电量分析模块 107以及电池剩余电量存储显示模块108。其中，电池充放电控制模块与电池101相连，电池测试模型库104、电压特征提取模块105、电流特征提取模块106以及剩余电量分析模块 107均与电池充放电控制模块102相连，剩余电量分析模块107又与电压特征提取模块105 和电流特征提取模块106相连，电池剩余电量存储显示模块108再与剩余电量分析模块107 和电池测试模型库104相连。电池测试模型库104是一个数据库，其中包含有与电池的电池型号和历史信息相匹配的快速充电放电测试序列103、电压特征提取模型参数、电流特征提取模型参数和剩余电量分析模型参数。下面详细介绍一下本发明的快速电池剩余电量估计方法。首先，将电池101与电池充放电控制模块102相连接，由电池充放电控制模块102 提取电池的电池型号和历史信息，并传输给电池测试模型库104 ；根据得到的电池型号和历史信息，电池充放电控制模块102在电池测试模型库104中提取与之相匹配的快速充电放电测试序列103、电压特征提取模型参数、电流特征提取模型参数和剩余电量分析模型参数；电池测试模块库104将快速充电放电测试序列103传送到电池充放电控制模块102中后，电池充放电控制模块102则根据快速充电放电测试序列103对电池101进行快速充放电测试；电池充放电控制模块102在快速充放电过程中采集电池101的电流和电压信息，并传输到电压特征提取模块105和电流特征提取模块106 ；电压特征提取模块105和电流特征提取模块106分别计算电池的电压特征和电流特征，并传输到剩余电量分析模块107 ；剩余电量分析模块107利用上述电池的电压特征和电流特征通过算法分析得到电池101的剩余电量；将电池101的剩余电量存储并显示于电池剩余电量存储显示模块108中；将得到的电池剩余电量信息同时存入电池测试模型库104中，以便于下次电池充电或检测时更新电池测试模型库104，使得电池测试模型库104更为精确。其中，电池测试模型库104中的电压特征提取模型参数、电流特征提取模型参数和剩余电量分析模型参数是事先通过对样品电池进行快速充放电测试取得的。在上述快速充放电测试中，可以在任意的剩余电量节点处进行一次快速充放电测试。例如，以剩余电量每增加或减少10%的节点进行快速充放电测试，剩余电量的测试间隔也可以取5%、1% 等。剩余电量测试间隔取得越细，所得模型参数一般会更准确，但计算模型参数所需的时间花费也越大。另外，每次估计电池剩余电量时取得的相关参数也会存储到电池测试模型库 104中，以便实时更新及调整电池测试模型库104中的数据，使得电池剩余电量的估计更加准确。本发明的快速电池剩余电量估计系统及其方法可应用于干电池，也可应用于蓄电池，动力电池，或者燃料电池等多种电池。在本发明的一个优选实施例中，电池剩余电量存储显示模块108中包括一个液晶显示器，也可以是智能手机、数字仪表盘等上的显示设备，用于清楚的显示电池当前的剩余电量，便于用户根据情况制定相关的电池使用策略。
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通过采用本发明的快速电池剩余电量估计方法，可以实现1分钟内得到电池剩余电量的目标，且估计值与实际值之间的误差精度小于15%。以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
权利要求
1.一种快速电池剩余电量估计系统，其特征在于，包括电池充放电控制模块，其与电池相连，并从所述电池中取得电池型号及历史信息； 电池测试模型库，其与所述电池充放电控制模块相连，以提取与所述电池型号及历史信息匹配的快速充电放电测试序列、电压特征提取模型参数、电流特征提取模型参数和剩余电量分析模型参数；电压特征提取模块，其与所述电池充放电控制模块相连，并计算所述电池的电压特征；电流特征提取模块，其与所述电池充放电控制模块相连，并计算所述电池的电流特征；剩余电量分析模块，其与所述电压特征提取模块、电流特征提取模块和电流充放电控制模块相连，并根据所述电压特征和电流特征，计算所述电池的剩余电量；以及电池剩余电量存储显示模块，其与所述剩余电量分析模块和电池测试模型库相连，用于存储和显示所述电池的剩余电量信息。
2.如权利要求1所述的快速电池剩余电量估计系统，其特征在于，所述电池测试模型库中包含有与所述电池型号和历史信息相匹配的快速充电放电测试序列、电压特征提取模型参数、电流特征提取模型参数和剩余电量分析模型参数。
3.如权利要求1所述的快速电池剩余电量估计系统，其特征在于，所述电池为干电池、 蓄电池、燃料电池或动力电池。
4.如权利要求1所述的快速电池剩余电量估计系统，其特征在于，所述电池剩余电量存储显示模块包括液晶显示器。
5.一种快速电池剩余电量估计方法，其特征在于，包括如下步骤 提取电池的电池型号及历史信息；根据所述电池的电池型号及历史信息，在电池测试模型库中提取与所述电池型号及历史信息相对应快速充电放电测试序列、电压特征提取模型参数、电流特征提取模型参数和剩余电量分析模型参数；根据所述快速充电放电测试序列，对所述电池进行快速充放电测试； 在所述快速充放电测试过程中，采集所述电池的电压、电流信息； 根据所述电池的电压、电流信息估计所述电池的剩余电量； 显示并存储所述电池的剩余电量信息。
6.如权利要求5所述的快速电池剩余电量估计方法，其特征在于，还包括根据所述电池剩余电量信息更新所述电池测试模型库。
7.如权利要求5所述的快速电池剩余电量估计方法，其特征在于，所述电池测试模型库中的电压特征提取模型参数、电流特征提取模型参数和剩余电量分析模型参数通过对样品电池进行快速充放电测试取得的。
8.如权利要求7所述的快速电池剩余电量估计方法，其特征在于，所述快速充放电测试在电池剩余电量的任意节点处进行。
9.如权利要求5所述的快速电池剩余电量估计方法，其特征在于，所述电池为干电池、 蓄电池、燃料电池或动力电池。
全文摘要
本发明公开了一种快速电池剩余电量估计系统，包括电池充放电控制模块；电池测试模型库；电压特征提取模块；电流特征提取模块；剩余电量分析模块；以及电池剩余电量存储显示模块。本发明的一种快速电池剩余电量估计系统及其方法通过对电池进行相应的快速充放电测试来估计其剩余电量，其结构简单，准确度高，能够实时为用户提供电池剩余电量信息，便于电池使用的管理。
文档编号G01R31/36GK102520365SQ201110440860
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月23日 优先权日2011年12月23日
发明者李 杰, 黄亦翔 申请人:上海交通大学