[发明专利]一种精确计算物联网设备电池剩余电量百分比的方法在审

专利信息
申请号: 202010322012.1 申请日: 2020-04-22
公开(公告)号: CN112083341A 公开(公告)日: 2020-12-15
发明(设计)人: 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
主分类号: G01R31/382 分类号: G01R31/382;G01R31/367
代理公司: 杭州杭诚专利事务所有限公司 33109 代理人: 王江成
地址: 311121 浙江省杭州市余杭*** 国省代码: 浙江;33
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摘要:
搜索关键词: 一种 精确 计算 联网 设备 电池 剩余 电量 百分比 方法
【说明书】:

发明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。

技术领域

本发明涉及电池百分比计算技术领域,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。

背景技术

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。

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