科技成果

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成果名称: 基于端口电压无需电流检测的高精度电池电量估算方法

成果登记号: 9612019Y0846

第一完成单位: 西安交通大学

联 系 人: 白媛

成果类型: 应用技术

成果体现形式 : 新技术

技术领域: 电子信息

应用行业: 制造业

成果简介:

本项目目标是开发一种宽输入全集成高效Buck-boost DC-DC

在使用电池作为供电电源时,高效、准确的估算出电池剩余电量对于提高芯片的工作效率、延长电源的工作时间与使用寿命,以及提高设备的安全性都是至关重要的

基于此,本项目中提出了一种基于端口电压无需电流检测的高精度电池电量估算方法

包括平板电脑和智能手机在内的便携式电子设备伴随着微电子相关技术的快速发展变得越来越普及

一般便携式设备采用电池作为供电单元

电池作为一种电能储存装置已有200年的发展历史,从最初的不可充电电池(如锌锰干电池)到可充电电池(如铅酸电池、镍氢电池、镍镉电池)到最近的锂离子电池

特斯拉电动车上的电池即锂离子电池,型号18650(其中18表示直径为18 mm,65表示长度为65 mm,0表示为圆柱形电池)

锂离子电池技术从上世界60年代开始研究,于1992年被日本索尼公司商业化推向市场

锂离子电池的应用范围非常广泛:从如手机、笔记本电脑等便携式消费类电子产品,到目前世界各国大力发展的新能源汽车,甚至在大型电站的峰谷调节、储能等各个领域均有应用

由于锂电池正极采用具有分子结构的可嵌脱锂材料,负极通常采用层状石墨

充放电过程中,锂离子在正负极之间嵌入、脱出

锂离子电池过充、过放可能会对正极材料造成不可逆的结构改变,从而造成电池容量的大幅度衰减;甚至可能会引起在负极材料表面析出金属锂,造成电池的内短路引发火灾等严重事故

因此,出于对电池安全的考虑,实际应用中我们必须为电池设定相应阈值

如果电量估算过于保守,则会造成电池利用效率下降,这在如今电子产品追求便携化、轻量化的趋势下是不可接受的;若过于激进,则会带来电池不可恢复伤害,甚至引发严重的事故

因此我们需要讨论出精确的电量计算算法,以尽可能提高锂电池寿命和利用效率

另一方面,能够给出准确的电量信息同样有利于使用者进行合理的使用计划,进而保证设备的正常工作

因此,能够准确及时地提供电池的剩余电量信息就变得越来越重要

现有的电池剩余电量的计算方法有库伦计方法及电池电阻跟踪算法,库伦计方法检测的准确性较差,然而电池电阻跟踪算法需要实时更新的EEPROM,从而严重的影响了电池剩余电量计算的准确性

本课题目标在于克服上述现有技术的缺点,提供了一种基于端口电压无需电流检测的高精度电池电量估算方法,该方法能够准确得到电池的剩余电量

本项目给出的基于端口电压无需电流检测的高精度电池电量估算方法在计算电池的剩余电量时,将t-1时刻所得的开路电压VOC(t-1)进行插值运算得到的结果作为Ps,然后根据电池在t1时刻和t2时刻对应的端口电压Vb1和Vb2的差值获取计算过程中的相关系数Vc及Vd,从而实现电池剩余电量的实时更新,同时实时修正电池的剩余电量,进而准确计算出电池的剩余电量,相比于传统的电池电阻跟踪算法,该方法不涉及实时更新的EEPROM,准确度高,并且节约能源,提高电池的寿命和利用效率

具体步骤如下: 1) 利用Thevenin模型等效电池的实际电路,则t时刻电池的开路电压VOC(t)的表达式

2) 获取电池在t1时刻和t2时刻对应的端口电压Vb1和Vb2,得端口电压Vb1和Vb2差值的绝对值

3) 根据步骤2)得到的端口电压Vb1和Vb2差值的绝对值得到Vc及Vd的值,然后将Vc及Vd的值代入到式VOC(t)=VB(t)+Vd+VC中,得t时刻电池的开路电压VOC(t)

4) 根据步骤3)当t时刻电池的开路电压VOC(t)得t时刻电池的剩余电量