[发明专利]一种快速在线测量电池电动势和内阻的方法

说明书

本发明公开了一种快速在线测量电池电动势和内阻的方法，通过调节自身或目标设备的工作模式，可以控制目标电池产生不同的输出电流，同时通过电压电流测量单元测量目标电池的端电压和输出电流；多次调节工作模式后，得到多组目标电池端电压和输出电流的二元数组；利用线性回归方法建立电池端电压~输出电流的拟合模型，通过电池端电压~输出电流的拟合模型的相关参数计算得到目标电池电动势和内阻的估计值。本发明能够实现快速在线测量，极大地提高了电池电动势和内阻测量的效率。

技术领域

本发明涉及电池管理领域，具体涉及一种可快速在线测量电池电动势和内阻的装置和方法。

背景技术

随着电池技术的不断进步，使用电池供电的设备日益增多。大到电动汽车，小到智能终端，无不依赖电池提供工作所需的电量。为了实现电池的有效利用，减少不必要的资源浪费和环境污染，需要在运行过程中对电池荷电状态和健康状况做出准确评估。电池电动势和内阻是描述电池荷电状态、评估电池健康状况的两个主要参数，其准确测量对于实现高效的电池管理至关重要。然而，传统的电池电动势和内阻测量装置和方法要么需要建立复杂的电化学电池模型，导致测量方法只能用于特定类型的电池，并且计算复杂度很高；要么需要复杂、昂贵的专业仪器或者需要对目标电池进行长时间静置，不仅干扰目标设备的正常运行，还无法实现实时、快速的在线测量。这些问题严重制约了电池管理技术的有效利用，特别是对低成本、低功耗的嵌入式设备而言。因此，有必要提出一种可用于任何类型电池、能够实现快速在线测量且对目标设备计算能力要求低的低成本测量方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种快速在线测量电池电动势和内阻的方法，能实现快速在线测量，能提高电池电动势和内阻测量的效率。

本发明所述的一种快速在线测量电池电动势和内阻的方法，采用的控制电路包括电压电流测量单元、电流调节单元和控制单元；所述电压电流测量单元用于测量目标电池的输出电流值和目标电池的端电压值；所述电流调节单元用于调节工作电流，以实现电池输出电流的改变，该电流调节单元的一端电压电流测量单元电连接；所述控制单元用于控制电流调节单元和电压电流测量单元，以实现电池端电压和输出电流的测量以及工作电流的改变，该控制单元分别与电压电流测量单元和电流调节单元电连接；所述电压电流测量单元与目标电池连接，所述电流调节单元与目标设备的电源端连接；所述控制单元与目标设备建立通信连接；其方法包括以下步骤：

S1：通过控制单元控制电流调节单元改变本控制电路或目标设备的工作状态，以调节目标电池的输出电流；

S2：通过控制单元控制电压电流测量单元测量目标电池的端电压U₁和目标电池输出的电流I₁；

S3：重复执行n次步骤S1和步骤S2，得到不同工作状态下的端电压和电流的二元数组(U_i，I_i)，i＝1,2,3，……，n，其中，U_i为第i次测得的目标电池的端电压，I_i为第i次测得的目标电池的输出电流；

S4：利用线性回归方法建立电池端电压～输出电流的拟合模型U_i＝a*I_i+b，其中，a和b为模型参数；

S5：使用最小二乘法确定出模型参数a和b；

S6：利用所得模型参数a和b估计目标电池的电动势EMF和内阻r。

可选地，所述步骤S5具体为：

S51：计算残差平方和为：

其中，Q(a,b)为残差平方和，ε_i为实际值与预测值之间的差；

S52：对模型参数a和b求偏导，并令其等于0，得到：

则有：