一種基于電容傳感器的電池狀態(tài)檢測(cè)方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于電容傳感器的電池狀態(tài)檢測(cè)方法及系統(tǒng)，方法包括：采用電容傳感器獲取所需的電容值數(shù)據(jù)；根據(jù)獲取的電容值數(shù)據(jù)對(duì)電池狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，其中，對(duì)電池狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程包括但不限于分析電池是否位于電容傳感器內(nèi)，根據(jù)電池充放電過(guò)程中的電容值變化數(shù)據(jù)得出電池的剩余電量以及剩余能量，根據(jù)電池不同溫度下體積差異帶來(lái)的電容值變化數(shù)據(jù)分析電池內(nèi)部區(qū)域的溫度，根據(jù)電池不同老化程度下材料和體積差異帶來(lái)的電容值變化數(shù)據(jù)在線分析電池的老化程度以及根據(jù)不同電池在電容傳感器的表現(xiàn)數(shù)據(jù)快速評(píng)估電池的一致性。本發(fā)明具有魯棒性強(qiáng)，能在線估計(jì)電池的老化程度，可靠和全面，一致性檢測(cè)速度快的優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于電池領(lǐng)域。
【專利說(shuō)明】
一種基于電容傳感器的電池狀態(tài)檢測(cè)方法及系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及電池領(lǐng)域，尤其是一種基于電容傳感器的電池狀態(tài)檢測(cè)方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]車用電池和電池包的常見(jiàn)狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)包括剩余電量、剩余能量、溫度、老化程度、一致性等。目前的電池狀態(tài)檢測(cè)方法，大都根據(jù)開(kāi)路電壓來(lái)反推剩余電量或剩余能量；然而，開(kāi)路電壓與剩余能量、剩余電量的關(guān)系是強(qiáng)非線性關(guān)系，且該關(guān)系會(huì)受到很多因素的影響(比如老化、溫度、放電倍率等)，容易導(dǎo)致反推出的剩余電量或剩余能量出現(xiàn)較大誤差，魯棒性較弱。實(shí)際車用時(shí)不會(huì)將電池放空，而目前還沒(méi)有十分可靠的在線估計(jì)電池老化程度的技術(shù)，因此電池的老化程度的估計(jì)也是當(dāng)下較為困難的問(wèn)題之一。再者，現(xiàn)在的電池溫度檢測(cè)方法一般只能檢測(cè)電池表面的溫度，卻無(wú)法判定電池內(nèi)部不同區(qū)域的溫度，不夠可靠和全面。另外，車用電池一致性差異的最基本解決方法是在電池封裝之前盡可能選擇一致性較好的電池。而傳統(tǒng)電池的一致性判定方法判據(jù)單一，而且充放電實(shí)驗(yàn)過(guò)程相對(duì)漫長(zhǎng)，無(wú)法滿足快速選擇一致性好電池的要求。
[0003]綜上所述，目前業(yè)內(nèi)的電池狀態(tài)檢測(cè)方法魯棒性較弱，無(wú)法在線估計(jì)電池的老化程度，不夠可靠和全面，一致性檢測(cè)速度慢，已無(wú)法滿足人們對(duì)電池狀態(tài)檢測(cè)日益增長(zhǎng)的高要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于:提供一種魯棒性強(qiáng)，能在線估計(jì)電池的老化程度，可靠和全面，一致性檢測(cè)速度快的，基于電容傳感器的電池狀態(tài)檢測(cè)方法。
[0005]本發(fā)明的另一目的在于:提供一種魯棒性強(qiáng)，能在線估計(jì)電池的老化程度，可靠和全面，一致性檢測(cè)速度快的，基于電容傳感器的電池狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:
一種基于電容傳感器的電池狀態(tài)檢測(cè)方法，包括以下步驟:
51、采用電容傳感器獲取所需的電容值數(shù)據(jù)，其中，所需的電容值數(shù)據(jù)包括但不限于電容傳感器的實(shí)時(shí)電容值、電容傳感器有待測(cè)電池時(shí)的電容值、電池充放電過(guò)程中的電容值變化數(shù)據(jù)、電池不同溫度下體積差異帶來(lái)的電容值變化數(shù)據(jù)、電池不同老化程度下材料和體積差異帶來(lái)的電容值變化數(shù)據(jù)以及不同電池在電容傳感器的表現(xiàn)數(shù)據(jù)；
52、根據(jù)獲取的電容值數(shù)據(jù)對(duì)電池狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，其中，對(duì)電池狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程包括但不限于根據(jù)電容傳感器的實(shí)時(shí)電容值以及電容傳感器有待測(cè)電池時(shí)的電容值分析電池是否位于電容傳感器內(nèi)，根據(jù)電池充放電過(guò)程中的電容值變化數(shù)據(jù)得出電池的剩余電量以及剩余能量，根據(jù)電池不同溫度下體積差異帶來(lái)的電容值變化數(shù)據(jù)分析電池內(nèi)部區(qū)域的溫度，根據(jù)電池不同老化程度下材料和體積差異帶來(lái)的電容值變化數(shù)據(jù)在線分析電池的老化程度以及根據(jù)不同電池在電容傳感器的表現(xiàn)數(shù)據(jù)快速評(píng)估電池的一致性。
[0007]進(jìn)一步，所述根據(jù)電容傳感器的實(shí)時(shí)電容值以及電容傳感器有待測(cè)電池時(shí)的電容值分析電池是否位于電容傳感器內(nèi)這一步驟，其包括:
5210、采用線性比例-積分-限幅跳變算法對(duì)電容傳感器有待測(cè)電池時(shí)的電容值進(jìn)行抑噪處理；
5211、根據(jù)電容傳感器的實(shí)時(shí)電容值以及抑噪處理后的電容值計(jì)算電容傳感器的實(shí)時(shí)介電常數(shù)以及電容傳感器有待測(cè)電池時(shí)的介電常數(shù)；
5212、比對(duì)電容傳感器的實(shí)時(shí)介電常數(shù)是否與電容傳感器有待測(cè)電池時(shí)的介電常數(shù)吻合，若是，貝1J表明電池位于電容傳感器內(nèi)，反之，貝1J表明電池不在電容傳感器內(nèi)。
[0008]進(jìn)一步，所述步驟S210包括:
52100、進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)，并根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果確定電容傳感器中有待測(cè)電池時(shí)的電容值的上界、下界和電容的變化率；
52101、將電容傳感器的實(shí)時(shí)電容值與線性比例-積分-限幅跳變算法在上一時(shí)刻的輸出進(jìn)行差分；
52102、將差分的結(jié)果經(jīng)比例-積分環(huán)節(jié)處理后送入比較器；
52103、比較器比較經(jīng)比例-積分環(huán)節(jié)處理后的結(jié)果是否大于0，若是，則以預(yù)設(shè)的電容最大值作為該算法的輸出;反之，則以預(yù)設(shè)的電容最小值作為該算法的輸出；
52104、根據(jù)步驟S2100中電容的變化率，設(shè)計(jì)一個(gè)相應(yīng)的低通濾波器來(lái)對(duì)步驟S2103的算法輸出進(jìn)行低通濾波，并以低通濾波后的結(jié)果作為抑噪處理后的電容值。
[0009 ]進(jìn)一步，所述根據(jù)電池充放電過(guò)程中的電容值變化數(shù)據(jù)得出電池的剩余電量以及剩余能量這一步驟，其包括:
5220、采用濾波算法對(duì)電池充放電過(guò)程中的電容值變化數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理；
5221、根據(jù)濾波處理后的電容值變化數(shù)據(jù)確定電池充放電過(guò)程中電池的介電常數(shù)變化情況；
5222、根據(jù)電池充放電過(guò)程中電池的介電常數(shù)變化情況計(jì)算電池的剩余電量以及剩余會(huì)ti。
[0010]進(jìn)一步，所述根據(jù)電池不同溫度下體積差異帶來(lái)的電容值變化數(shù)據(jù)分析電池內(nèi)部區(qū)域的溫度這一步驟，其包括:
5230、根據(jù)電池不同溫度下體積差異帶來(lái)的電容值變化數(shù)據(jù)確定電池的體積變化值；
5231、根據(jù)電池的體積變化值在線計(jì)算電池的溫度；
5232、根據(jù)電池的溫度和預(yù)設(shè)的電池?zé)釘U(kuò)散模型，在線分析出電池內(nèi)部區(qū)域不同點(diǎn)所處的溫度。
[0011]進(jìn)一步，所述根據(jù)電池不同老化程度下材料和體積差異帶來(lái)的電容值變化數(shù)據(jù)在線分析電池的老化程度這一步驟，其具體為:
根據(jù)電池不同老化程度下材料和體積差異帶來(lái)的電容值變化數(shù)據(jù)計(jì)算電池的介電常數(shù)變化值和體積變化值，然后根據(jù)電池的介電常數(shù)變化值和體積變化值評(píng)價(jià)電池的老化程度。
[0012]進(jìn)一步，電容傳感器包括但不限于平板電容器、改進(jìn)的帶有圓柱形電池夾持裝置的平板電容器和柱形電容器。
[0013]本發(fā)明所采取的另一技術(shù)方案是:
一種基于電容傳感器的電池狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，包括: 數(shù)據(jù)獲取模塊，用于采用電容傳感器獲取所需的電容值數(shù)據(jù)，其中，所需的電容值數(shù)據(jù)包括但不限于電容傳感器的實(shí)時(shí)電容值、電容傳感器有待測(cè)電池時(shí)的電容值、電池充放電過(guò)程中的電容值變化數(shù)據(jù)、電池不同溫度下體積差異帶來(lái)的電容值變化數(shù)據(jù)、電池不同老化程度下材料和體積差異帶來(lái)的電容值變化數(shù)據(jù)以及不同電池在電容傳感器的表現(xiàn)數(shù)據(jù)；狀態(tài)檢測(cè)模塊，用于根據(jù)獲取的電容值數(shù)據(jù)對(duì)電池狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，其中，對(duì)電池狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程包括但不限于根據(jù)電容傳感器的實(shí)時(shí)電容值以及電容傳感器有待測(cè)電池時(shí)的電容值分析電池是否位于電容傳感器內(nèi)，根據(jù)電池充放電過(guò)程中的電容值變化數(shù)據(jù)得出電池的剩余電量以及剩余能量，根據(jù)電池不同溫度下體積差異帶來(lái)的電容值變化數(shù)據(jù)分析電池內(nèi)部區(qū)域的溫度，根據(jù)電池不同老化程度下材料和體積差異帶來(lái)的電容值變化數(shù)據(jù)在線分析電池的老化程度以及根據(jù)不同電池在電容傳感器的表現(xiàn)數(shù)據(jù)快速評(píng)估電池的一致性。
[0014]進(jìn)一步，所述狀態(tài)檢測(cè)模塊在根據(jù)電容傳感器的實(shí)時(shí)電容值以及電容傳感器有待測(cè)電池時(shí)的電容值分析電池是否位于電容傳感器內(nèi)時(shí)，將依次執(zhí)行以下單元的操作:
抑噪處理單元，用于采用線性比例-積分-限幅跳變算法對(duì)電容傳感器有待測(cè)電池時(shí)的電容值進(jìn)行抑噪處理；
計(jì)算單元，用于根據(jù)電容傳感器的實(shí)時(shí)電容值以及抑噪處理后的電容值計(jì)算電容傳感器的實(shí)時(shí)介電常數(shù)以及電容傳感器有待測(cè)電池時(shí)的介電常數(shù)；
比對(duì)單元，用于比對(duì)電容傳感器的實(shí)時(shí)介電常數(shù)是否與電容傳感器有待測(cè)電池時(shí)的介電常數(shù)吻合，若是，貝lJ表明電池位于電容傳感器內(nèi)，反之，則表明電池不在電容傳感器內(nèi)。
[0015]進(jìn)一步，所述抑噪處理單元包括:
預(yù)實(shí)驗(yàn)子單元，用于進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)，并根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果確定電容傳感器中有待測(cè)電池時(shí)的電容值的上界、下界和電容的變化率；
差分子單元，用于將電容傳感器的實(shí)時(shí)電容值與線性比例-積分-限幅跳變算法在上一時(shí)刻的輸出進(jìn)行差分；
比例-積分處理子單元，用于將差分的結(jié)果經(jīng)比例-積分環(huán)節(jié)處理后送入比較器；
比較輸出子單元，用于比較器比較經(jīng)比例-積分環(huán)節(jié)處理后的結(jié)果是否大于0，若是，則以預(yù)設(shè)的電容最大值作為該算法的輸出;反之，則以預(yù)設(shè)的電容最小值作為該算法的輸出；低通濾波子單元，用于根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)子單元中電容的變化率，設(shè)計(jì)一個(gè)相應(yīng)的低通濾波器來(lái)對(duì)比較輸出子單元的算法輸出進(jìn)行低通濾波，并以低通濾波后的結(jié)果作為抑噪處理后的電容值。
[0016]本發(fā)明的方法的有益效果是:先采用電容傳感器獲取所需的電容值數(shù)據(jù)，然后根據(jù)獲取的電容值數(shù)據(jù)對(duì)電池狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，將電容傳感器引入到電池狀態(tài)檢測(cè)過(guò)程中，根據(jù)電池充放電過(guò)程中的電容值變化數(shù)據(jù)得到電池的剩余電量、剩余能量，電容值能實(shí)時(shí)跟隨影響因素的變化而變化，受老化、溫度或放電倍率等因素的影響小，魯棒性更好;根據(jù)電池不同老化程度下材料和體積差異帶來(lái)的電容值變化數(shù)據(jù)在線分析電池的老化程度，并根據(jù)電池不同溫度下體積差異帶來(lái)的電容值變化數(shù)據(jù)分析電池內(nèi)部區(qū)域的溫度，更加可靠和全面;根據(jù)不同電池在電容傳感器的表現(xiàn)數(shù)據(jù)快速評(píng)估電池的一致性，滿足了快速選擇一致性好電池的要求。進(jìn)一步，采用了線性比例-積分-限幅跳變算法對(duì)電容傳感器有待測(cè)電池時(shí)的電容值進(jìn)行抑噪處理，有效抑制了電容傳感器的噪聲。
[0017]本發(fā)明的系統(tǒng)的有益效果是:先通過(guò)數(shù)據(jù)獲取模塊采用電容傳感器獲取所需的電容值數(shù)據(jù)，然后通過(guò)狀態(tài)檢測(cè)模塊根據(jù)獲取的電容值數(shù)據(jù)對(duì)電池狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，將電容傳感器引入到電池狀態(tài)檢測(cè)過(guò)程中，根據(jù)電池充放電過(guò)程中的電容值變化數(shù)據(jù)得到電池的剩余電量、剩余能量，電容值能實(shí)時(shí)跟隨影響因素的變化而變化，受老化、溫度或放電倍率等因素的影響小，魯棒性更好;根據(jù)電池不同老化程度下材料和體積差異帶來(lái)的電容值變化數(shù)據(jù)在線分析電池的老化程度，并根據(jù)電池不同溫度下體積差異帶來(lái)的電容值變化數(shù)據(jù)分析電池內(nèi)部區(qū)域的溫度，更加可靠和全面;根據(jù)不同電池在電容傳感器的表現(xiàn)數(shù)據(jù)快速評(píng)估電池的一致性，滿足了快速選擇一致性好電池的要求。進(jìn)一步，狀態(tài)檢測(cè)模塊采用了線性比例-積分-限幅跳變算法對(duì)電容傳感器有待測(cè)電池時(shí)的電容值進(jìn)行抑噪處理，有效抑制了電容傳感器的噪聲。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明一種基于電容傳感器的電池狀態(tài)檢測(cè)方法的整體流程圖；
圖2為線性比例-積分-限幅跳變算法的框圖；
圖3為實(shí)施例一采用平板電容器對(duì)電池進(jìn)行狀態(tài)檢測(cè)的示意圖；
圖4為實(shí)施例一采用本發(fā)明的檢測(cè)方法進(jìn)行處理后得到的部分結(jié)果示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]參照?qǐng)D1，一種基于電容傳感器的電池狀態(tài)檢測(cè)方法，包括以下步驟:
51、采用電容傳感器獲取所需的電容值數(shù)據(jù)，其中，所需的電容值數(shù)據(jù)包括但不限于電容傳感器的實(shí)時(shí)電容值、電容傳感器有待測(cè)電池時(shí)的電容值、電池充放電過(guò)程中的電容值變化數(shù)據(jù)、電池不同溫度下體積差異帶來(lái)的電容值變化數(shù)據(jù)、電池不同老化程度下材料和體積差異帶來(lái)的電容值變化數(shù)據(jù)以及不同電池在電容傳感器的表現(xiàn)數(shù)據(jù)；
52、根據(jù)獲取的電容值數(shù)據(jù)對(duì)電池狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，其中，對(duì)電池狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程包括但不限于根據(jù)電容傳感器的實(shí)時(shí)電容值以及電容傳感器有待測(cè)電池時(shí)的電容值分析電池是否位于電容傳感器內(nèi)，根據(jù)電池充放電過(guò)程中的電容值變化數(shù)據(jù)得出電池的剩余電量以及剩余能量，根據(jù)電池不同溫度下體積差異帶來(lái)的電容值變化數(shù)據(jù)分析電池內(nèi)部區(qū)域的溫度，根據(jù)電池不同老化程度下材料和體積差異帶來(lái)的電容值變化數(shù)據(jù)在線分析電池的老化程度以及根據(jù)不同電池在電容傳感器的表現(xiàn)數(shù)據(jù)快速評(píng)估電池的一致性。
[0020]進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述根據(jù)電容傳感器的實(shí)時(shí)電容值以及電容傳感器有待測(cè)電池時(shí)的電容值分析電池是否位于電容傳感器內(nèi)這一步驟，其包括:
5210、采用線性比例-積分-限幅跳變算法對(duì)電容傳感器有待測(cè)電池時(shí)的電容值進(jìn)行抑噪處理；
5211、根據(jù)電容傳感器的實(shí)時(shí)電容值以及抑噪處理后的電容值計(jì)算電容傳感器的實(shí)時(shí)介電常數(shù)以及電容傳感器有待測(cè)電池時(shí)的介電常數(shù)；
5212、比對(duì)電容傳感器的實(shí)時(shí)介電常數(shù)是否與電容傳感器有待測(cè)電池時(shí)的介電常數(shù)吻合，若是，貝lJ表明電池位于電容傳感器內(nèi)，反之，貝lJ表明電池不在電容傳感器內(nèi)。
[0021]參照?qǐng)D2，進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述步驟S210包括:
S2100、進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)，并根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果確定電容傳感器中有待測(cè)電池時(shí)的電容值的上界、下界和電容的變化率；
52101、將電容傳感器的實(shí)時(shí)電容值與線性比例-積分-限幅跳變算法在上一時(shí)刻的輸出進(jìn)行差分；
52102、將差分的結(jié)果經(jīng)比例-積分環(huán)節(jié)處理后送入比較器；
52103、比較器比較經(jīng)比例-積分環(huán)節(jié)處理后的結(jié)果是否大于O，若是，則以預(yù)設(shè)的電容最大值作為該算法的輸出;反之，則以預(yù)設(shè)的電容最小值作為該算法的輸出；
52104、根據(jù)步驟S2100中電容的變化率，設(shè)計(jì)一個(gè)相應(yīng)的低通濾波器來(lái)對(duì)步驟S2103的算法輸出進(jìn)行低通濾波，并以低通濾波后的結(jié)果作為抑噪處理后的電容值。
[0022]進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述根據(jù)電池充放電過(guò)程中的電容值變化數(shù)據(jù)得出電池的剩余電量以及剩余能量這一步驟，其包括:
5220、采用濾波算法對(duì)電池充放電過(guò)程中的電容值變化數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理；
5221、根據(jù)濾波處理后的電容值變化數(shù)據(jù)確定電池充放電過(guò)程中電池的介電常數(shù)變化情況；
5222、根據(jù)電池充放電過(guò)程中電池的介電常數(shù)變化情況計(jì)算電池的剩余電量以及剩余會(huì)ti。
[0023]進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述根據(jù)電池不同溫度下體積差異帶來(lái)的電容值變化數(shù)據(jù)分析電池內(nèi)部區(qū)域的溫度這一步驟，其包括:
5230、根據(jù)電池不同溫度下體積差異帶來(lái)的電容值變化數(shù)據(jù)確定電池的體積變化值；
5231、根據(jù)電池的體積變化值在線計(jì)算電池的溫度；
5232、根據(jù)電池的溫度和預(yù)設(shè)的電池?zé)釘U(kuò)散模型，在線分析出電池內(nèi)部區(qū)域不同點(diǎn)所處的溫度。
[0024]進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述根據(jù)電池不同老化程度下材料和體積差異帶來(lái)的電容值變化數(shù)據(jù)在線分析電池的老化程度這一步驟，其具體為:
根據(jù)電池不同老化程度下材料和體積差異帶來(lái)的電容值變化數(shù)據(jù)計(jì)算電池的介電常數(shù)變化值和體積變化值，然后根據(jù)電池的介電常數(shù)變化值和體積變化值評(píng)價(jià)電池的老化程度。
[0025]進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，電容傳感器包括但不限于平板電容器、改進(jìn)的帶有圓柱形電池夾持裝置的平板電容器和柱形電容器。
[0026]—種基于電容傳感器的電池狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，包括:
數(shù)據(jù)獲取模塊，用于采用電容傳感器獲取所需的電容值數(shù)據(jù)，其中，所需的電容值數(shù)據(jù)包括但不限于電容傳感器的實(shí)時(shí)電容值、電容傳感器有待測(cè)電池時(shí)的電容值、電池充放電過(guò)程中的電容值變化數(shù)據(jù)、電池不同溫度下體積差異帶來(lái)的電容值變化數(shù)據(jù)、電池不同老化程度下材料和體積差異帶來(lái)的電容值變化數(shù)據(jù)以及不同電池在電容傳感器的表現(xiàn)數(shù)據(jù)；狀態(tài)檢測(cè)模塊，用于根據(jù)獲取的電容值數(shù)據(jù)對(duì)電池狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，其中，對(duì)電池狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程包括但不限于根據(jù)電容傳感器的實(shí)時(shí)電容值以及電容傳感器有待測(cè)電池時(shí)的電容值分析電池是否位于電容傳感器內(nèi)，根據(jù)電池充放電過(guò)程中的電容值變化數(shù)據(jù)得出電池的剩余電量以及剩余能量，根據(jù)電池不同溫度下體積差異帶來(lái)的電容值變化數(shù)據(jù)分析電池內(nèi)部區(qū)域的溫度，根據(jù)電池不同老化程度下材料和體積差異帶來(lái)的電容值變化數(shù)據(jù)在線分析電池的老化程度以及根據(jù)不同電池在電容傳感器的表現(xiàn)數(shù)據(jù)快速評(píng)估電池的一致性。
[0027]進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述狀態(tài)檢測(cè)模塊在根據(jù)電容傳感器的實(shí)時(shí)電容值以及電容傳感器有待測(cè)電池時(shí)的電容值分析電池是否位于電容傳感器內(nèi)時(shí)，將依次執(zhí)行以下單元的操作:
抑噪處理單元，用于采用線性比例-積分-限幅跳變算法對(duì)電容傳感器有待測(cè)電池時(shí)的電容值進(jìn)行抑噪處理；
計(jì)算單元，用于根據(jù)電容傳感器的實(shí)時(shí)電容值以及抑噪處理后的電容值計(jì)算電容傳感器的實(shí)時(shí)介電常數(shù)以及電容傳感器有待測(cè)電池時(shí)的介電常數(shù)；
比對(duì)單元，用于比對(duì)電容傳感器的實(shí)時(shí)介電常數(shù)是否與電容傳感器有待測(cè)電池時(shí)的介電常數(shù)吻合，若是，貝1J表明電池位于電容傳感器內(nèi)，反之，則表明電池不在電容傳感器內(nèi)。
[0028]進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述抑噪處理單元包括:
預(yù)實(shí)驗(yàn)子單元，用于進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)，并根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果確定電容傳感器中有待測(cè)電池時(shí)的電容值的上界、下界和電容的變化率；
差分子單元，用于將電容傳感器的實(shí)時(shí)電容值與線性比例-積分-限幅跳變算法在上一時(shí)刻的輸出進(jìn)行差分；
比例-積分處理子單元，用于將差分的結(jié)果經(jīng)比例-積分環(huán)節(jié)處理后送入比較器；
比較輸出子單元，用于比較器比較經(jīng)比例-積分環(huán)節(jié)處理后的結(jié)果是否大于0，若是，則以預(yù)設(shè)的電容最大值作為該算法的輸出;反之，則以預(yù)設(shè)的電容最小值作為該算法的輸出；低通濾波子單元，用于根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)子單元中電容的變化率，設(shè)計(jì)一個(gè)相應(yīng)的低通濾波器來(lái)對(duì)比較輸出子單元的算法輸出進(jìn)行低通濾波，并以低通濾波后的結(jié)果作為抑噪處理后的電容值。
[0029]下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0030]實(shí)施例一
針對(duì)目前的電池狀態(tài)檢測(cè)方法魯棒性較弱，無(wú)法在線估計(jì)電池的老化程度，不夠可靠和全面，一致性檢測(cè)速度慢的問(wèn)題，本實(shí)施例提出了一種基于電容傳感器的電池狀態(tài)檢測(cè)方法，如圖1所示。本實(shí)施例的方法具體實(shí)現(xiàn)原理為:利用電池的介電常數(shù)不同于空氣或其它背景材料的特性來(lái)檢測(cè)電池是否存在于傳感器中；利用電池充放電過(guò)程中電池內(nèi)部材料的介電常數(shù)的變化特性來(lái)檢測(cè)電池的剩余電量、剩余能量;利用電池受熱膨脹帶來(lái)的體積變化特性來(lái)檢測(cè)電池的溫度;利用電池老化所帶來(lái)的電池內(nèi)部材料介電常數(shù)變化與體積變化特性來(lái)檢測(cè)電池的老化程度；利用不同電池在傳感器中的表現(xiàn)數(shù)據(jù)來(lái)評(píng)估電池的一致性。
[0031]其中，檢測(cè)電池是否存在于傳感器中，利用電池在電容傳感器中與不在電容傳感器中電容傳感器所檢測(cè)到的電容值的差別，來(lái)實(shí)現(xiàn)電池是否存在于傳感器中的檢測(cè)。優(yōu)選地，本實(shí)施例采用平板電容器來(lái)完成該檢測(cè)過(guò)程，如圖3所示。
[0032]檢測(cè)電池的剩余電量、剩余能量這一過(guò)程，先利用電容傳感器讀取電池在充放電過(guò)程中的電容值變化信號(hào)，然后利用濾波算法對(duì)讀取的信號(hào)進(jìn)行濾波處理，最后根據(jù)濾波處理后信號(hào)得到介電常數(shù)變化情況，進(jìn)而計(jì)算出電池的剩余電量和剩余能量。
[0033]檢測(cè)電池的溫度這一過(guò)程，利用不同溫度下電池體積的差異，來(lái)影響電容傳感器內(nèi)空氣或其它背景材料所占的份額，從而影響所得到的電容值，故根據(jù)電容值確定電池的體積變化值后即可計(jì)算電池的溫度。計(jì)算出電池溫度后，再根據(jù)電池?zé)釘U(kuò)散模型，分析出電池內(nèi)部不同點(diǎn)所處的溫度。本實(shí)施例僅采用電池的平均溫度作為溫度的判據(jù)，其結(jié)果如圖4所示。
[0034]檢測(cè)電池的老化程度這一過(guò)程，利用了不同老化程度下電池內(nèi)部材料組成的差異以及體積的差異，來(lái)影響電容傳感器所讀取的響應(yīng)電容值，故根據(jù)響應(yīng)電容值即可得到表征電池老化程度的介電常數(shù)變化值和體積變化值，進(jìn)而評(píng)價(jià)電池的老化程度。
[0035]評(píng)估電池的一致性這一過(guò)程，是指將不同電池在電容傳感器中的表現(xiàn)數(shù)據(jù)(如噪聲和靈敏度等性能指標(biāo)數(shù)據(jù))進(jìn)行分類，并根據(jù)分類的結(jié)果快速選出其中一致性較好的電池。
[0036]此外，本實(shí)施例還提出了一種具有先驗(yàn)知識(shí)的線性比例-積分-限幅跳變算法來(lái)抑制噪聲，如圖2所述，具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程為:
步驟1:進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)，并根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果確定電容傳感器中有待測(cè)電池時(shí)的電容值的上下界和電容的變化率，并為電容值的上下界和電容的變化率賦予一定的裕量。優(yōu)選地，電容值的上界取210pF，下界取180pF。
[0037]步驟2:將電容傳感器的實(shí)時(shí)電容值與該算法在上一時(shí)刻的輸出進(jìn)行差分；
步驟3:將差分的結(jié)果通過(guò)比例-積分環(huán)節(jié)處理后送入比較器，與O相比較。優(yōu)選地，比例系數(shù)與積分系數(shù)的比值為2:1。
[0038]步驟4:若步驟3中經(jīng)比例-積分環(huán)節(jié)處理后的結(jié)果大于0，則算法輸出預(yù)設(shè)的電容最大值;否則算法輸出預(yù)設(shè)的電容最小值。
[0039]步驟5:對(duì)步驟4的結(jié)果，根據(jù)步驟I中電容的變化率，設(shè)計(jì)一個(gè)低通濾波器，對(duì)系統(tǒng)輸出進(jìn)行低通濾波，并以低通濾波后的結(jié)果作為抑噪處理后的電容值。優(yōu)選地，采用簡(jiǎn)單低通濾波器來(lái)進(jìn)行濾波，低通濾波的前100秒采用正常的截止頻率(該數(shù)值為用戶預(yù)設(shè)或通過(guò)預(yù)實(shí)驗(yàn)得出)的10倍作為濾波的截止頻率，100秒之后采用正常的截止頻率，從而加快收斂。
[0040]本發(fā)明將電容傳感器引入到電池狀態(tài)檢測(cè)過(guò)程中，在傳統(tǒng)方法的基礎(chǔ)上，額外增加了檢測(cè)電池剩余電量、剩余能量的判據(jù)，并能估計(jì)電池內(nèi)部區(qū)域的溫度，在線估計(jì)電池老化程度，以及快速地檢測(cè)電池的一致性。此外，本發(fā)明還對(duì)電容傳感器的大噪聲有著良好的抑制效果。
[0041]以上是對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施進(jìn)行了具體說(shuō)明，但本發(fā)明創(chuàng)造并不限于所述實(shí)施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本發(fā)明精神的前提下還可做作出種種的等同變形或替換，這些等同的變形或替換均包含在本申請(qǐng)權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于電容傳感器的電池狀態(tài)檢測(cè)方法，其特征在于:包括以下步驟: 51、采用電容傳感器獲取所需的電容值數(shù)據(jù)，其中，所需的電容值數(shù)據(jù)包括但不限于電容傳感器的實(shí)時(shí)電容值、電容傳感器有待測(cè)電池時(shí)的電容值、電池充放電過(guò)程中的電容值變化數(shù)據(jù)、電池不同溫度下體積差異帶來(lái)的電容值變化數(shù)據(jù)、電池不同老化程度下材料和體積差異帶來(lái)的電容值變化數(shù)據(jù)以及不同電池在電容傳感器的表現(xiàn)數(shù)據(jù)； 52、根據(jù)獲取的電容值數(shù)據(jù)對(duì)電池狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，其中，對(duì)電池狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程包括但不限于根據(jù)電容傳感器的實(shí)時(shí)電容值以及電容傳感器有待測(cè)電池時(shí)的電容值分析電池是否位于電容傳感器內(nèi)，根據(jù)電池充放電過(guò)程中的電容值變化數(shù)據(jù)得出電池的剩余電量以及剩余能量，根據(jù)電池不同溫度下體積差異帶來(lái)的電容值變化數(shù)據(jù)分析電池內(nèi)部區(qū)域的溫度，根據(jù)電池不同老化程度下材料和體積差異帶來(lái)的電容值變化數(shù)據(jù)在線分析電池的老化程度以及根據(jù)不同電池在電容傳感器的表現(xiàn)數(shù)據(jù)快速評(píng)估電池的一致性。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于電容傳感器的電池狀態(tài)檢測(cè)方法，其特征在于:所述根據(jù)電容傳感器的實(shí)時(shí)電容值以及電容傳感器有待測(cè)電池時(shí)的電容值分析電池是否位于電容傳感器內(nèi)這一步驟，其包括: 5210、采用線性比例-積分-限幅跳變算法對(duì)電容傳感器有待測(cè)電池時(shí)的電容值進(jìn)行抑噪處理； 5211、根據(jù)電容傳感器的實(shí)時(shí)電容值以及抑噪處理后的電容值計(jì)算電容傳感器的實(shí)時(shí)介電常數(shù)以及電容傳感器有待測(cè)電池時(shí)的介電常數(shù)； 5212、比對(duì)電容傳感器的實(shí)時(shí)介電常數(shù)是否與電容傳感器有待測(cè)電池時(shí)的介電常數(shù)吻合，若是，貝1J表明電池位于電容傳感器內(nèi)，反之，貝1J表明電池不在電容傳感器內(nèi)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于電容傳感器的電池狀態(tài)檢測(cè)方法，其特征在于:所述步驟S210包括: 52100、進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)，并根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果確定電容傳感器中有待測(cè)電池時(shí)的電容值的上界、下界和電容的變化率； 52101、將電容傳感器的實(shí)時(shí)電容值與線性比例-積分-限幅跳變算法在上一時(shí)刻的輸出進(jìn)行差分； 52102、將差分的結(jié)果經(jīng)比例-積分環(huán)節(jié)處理后送入比較器； 52103、比較器比較經(jīng)比例-積分環(huán)節(jié)處理后的結(jié)果是否大于O，若是，則以預(yù)設(shè)的電容最大值作為該算法的輸出;反之，則以預(yù)設(shè)的電容最小值作為該算法的輸出； 52104、根據(jù)步驟S2100中電容的變化率，設(shè)計(jì)一個(gè)相應(yīng)的低通濾波器來(lái)對(duì)步驟S2103的算法輸出進(jìn)行低通濾波，并以低通濾波后的結(jié)果作為抑噪處理后的電容值。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于電容傳感器的電池狀態(tài)檢測(cè)方法，其特征在于:所述根據(jù)電池充放電過(guò)程中的電容值變化數(shù)據(jù)得出電池的剩余電量以及剩余能量這一步驟，其包括: 5220、采用濾波算法對(duì)電池充放電過(guò)程中的電容值變化數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理； 5221、根據(jù)濾波處理后的電容值變化數(shù)據(jù)確定電池充放電過(guò)程中電池的介電常數(shù)變化情況； 5222、根據(jù)電池充放電過(guò)程中電池的介電常數(shù)變化情況計(jì)算電池的剩余電量以及剩余能量。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于電容傳感器的電池狀態(tài)檢測(cè)方法，其特征在于:所述根據(jù)電池不同溫度下體積差異帶來(lái)的電容值變化數(shù)據(jù)分析電池內(nèi)部區(qū)域的溫度這一步驟，其包括: 5230、根據(jù)電池不同溫度下體積差異帶來(lái)的電容值變化數(shù)據(jù)確定電池的體積變化值； 5231、根據(jù)電池的體積變化值在線計(jì)算電池的溫度； 5232、根據(jù)電池的溫度和預(yù)設(shè)的電池?zé)釘U(kuò)散模型，在線分析出電池內(nèi)部區(qū)域不同點(diǎn)所處的溫度。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于電容傳感器的電池狀態(tài)檢測(cè)方法，其特征在于:所述根據(jù)電池不同老化程度下材料和體積差異帶來(lái)的電容值變化數(shù)據(jù)在線分析電池的老化程度這一步驟，其具體為: 根據(jù)電池不同老化程度下材料和體積差異帶來(lái)的電容值變化數(shù)據(jù)計(jì)算電池的介電常數(shù)變化值和體積變化值，然后根據(jù)電池的介電常數(shù)變化值和體積變化值評(píng)價(jià)電池的老化程度。7.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的一種基于電容傳感器的電池狀態(tài)檢測(cè)方法，其特征在于:電容傳感器包括但不限于平板電容器、改進(jìn)的帶有圓柱形電池夾持裝置的平板電容器和柱形電容器。8.一種基于電容傳感器的電池狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:包括: 數(shù)據(jù)獲取模塊，用于采用電容傳感器獲取所需的電容值數(shù)據(jù)，其中，所需的電容值數(shù)據(jù)包括但不限于電容傳感器的實(shí)時(shí)電容值、電容傳感器有待測(cè)電池時(shí)的電容值、電池充放電過(guò)程中的電容值變化數(shù)據(jù)、電池不同溫度下體積差異帶來(lái)的電容值變化數(shù)據(jù)、電池不同老化程度下材料和體積差異帶來(lái)的電容值變化數(shù)據(jù)以及不同電池在電容傳感器的表現(xiàn)數(shù)據(jù)； 狀態(tài)檢測(cè)模塊，用于根據(jù)獲取的電容值數(shù)據(jù)對(duì)電池狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，其中，對(duì)電池狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程包括但不限于根據(jù)電容傳感器的實(shí)時(shí)電容值以及電容傳感器有待測(cè)電池時(shí)的電容值分析電池是否位于電容傳感器內(nèi)，根據(jù)電池充放電過(guò)程中的電容值變化數(shù)據(jù)得出電池的剩余電量以及剩余能量，根據(jù)電池不同溫度下體積差異帶來(lái)的電容值變化數(shù)據(jù)分析電池內(nèi)部區(qū)域的溫度，根據(jù)電池不同老化程度下材料和體積差異帶來(lái)的電容值變化數(shù)據(jù)在線分析電池的老化程度以及根據(jù)不同電池在電容傳感器的表現(xiàn)數(shù)據(jù)快速評(píng)估電池的一致性。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于電容傳感器的電池狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述狀態(tài)檢測(cè)模塊在根據(jù)電容傳感器的實(shí)時(shí)電容值以及電容傳感器有待測(cè)電池時(shí)的電容值分析電池是否位于電容傳感器內(nèi)時(shí)，將依次執(zhí)行以下單元的操作: 抑噪處理單元，用于采用線性比例-積分-限幅跳變算法對(duì)電容傳感器有待測(cè)電池時(shí)的電容值進(jìn)行抑噪處理； 計(jì)算單元，用于根據(jù)電容傳感器的實(shí)時(shí)電容值以及抑噪處理后的電容值計(jì)算電容傳感器的實(shí)時(shí)介電常數(shù)以及電容傳感器有待測(cè)電池時(shí)的介電常數(shù)； 比對(duì)單元，用于比對(duì)電容傳感器的實(shí)時(shí)介電常數(shù)是否與電容傳感器有待測(cè)電池時(shí)的介電常數(shù)吻合，若是，貝1J表明電池位于電容傳感器內(nèi)，反之，則表明電池不在電容傳感器內(nèi)。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種基于電容傳感器的電池狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述抑噪處理單元包括: 預(yù)實(shí)驗(yàn)子單元，用于進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)，并根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果確定電容傳感器中有待測(cè)電池時(shí)的電容值的上界、下界和電容的變化率； 差分子單元，用于將電容傳感器的實(shí)時(shí)電容值與線性比例-積分-限幅跳變算法在上一時(shí)刻的輸出進(jìn)行差分； 比例-積分處理子單元，用于將差分的結(jié)果經(jīng)比例-積分環(huán)節(jié)處理后送入比較器；比較輸出子單元，用于比較器比較經(jīng)比例-積分環(huán)節(jié)處理后的結(jié)果是否大于O，若是，則以預(yù)設(shè)的電容最大值作為該算法的輸出;反之，則以預(yù)設(shè)的電容最小值作為該算法的輸出；低通濾波子單元，用于根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)子單元中電容的變化率，設(shè)計(jì)一個(gè)相應(yīng)的低通濾波器來(lái)對(duì)比較輸出子單元的算法輸出進(jìn)行低通濾波，并以低通濾波后的結(jié)果作為抑噪處理后的電容值。
【文檔編號(hào)】G01R31/36GK105866690SQ201610186757
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年3月28日
【發(fā)明人】唐曉鵬, 高福榮, 劉博洋
【申請(qǐng)人】廣州市香港科大霍英東研究院