电池的剩余电量检测

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1、第1章绪论1.1本课题研究的目的和意义锂离子电池自1970年被发明到现在已经45年了，它现在已经成为了我们日常生活中的一部分，是现在人们生活中使用最为广泛的一种电池。我国通讯、电子行业的发展十分迅速，使人们对锂电池的电量检测需求不断加大。然而由于我国电池电量检测不是十分的精确等原因，导致锂电池的电量检测不能满足国内的需求，而且虽然外面其他国家的检测器械性能十分完善，但是价格相对来说比较昂贵，不能满足我们日常生活中的实际需求。这些现象在航模飞机电池中，显得尤为严重。现在航模飞机在飞行的过程当中，对于电池剩余电量的检测需要非常的精确。因为

2、在十几分钟的飞行过程中，如果电池电量检测误差过大，会导致电池还有余电却要停止飞行或者在飞行的过程中电池电量耗光飞机掉落，造成不可挽回的损失。针对这一问题，本课题设计了一种基于AVR单片机的一种电池剩余电量估计系统，由于航模电池的特殊性，原电池电量的单位mAh已经无法满足实际的要求了，为了更快速的应对航模飞机的电池电量的变化，选用W/S作为航模电池电量的单位。这对实现电池电量的精确检测，提高电池的利用率具有十分重要的意义。1.2本课题研究内容及方案本课题研究的目的是要对电池的剩余电量进行估计，并在LCD显示屏上显示剩余电量和时间。如何检

3、测电池的剩余电量，成为本课题研究的重要内容。这些年，在国内和国外已经开展了许多关于锂电池剩余电量估计系统的研究。研究的方法主要分为两大类：第一类是通过分析影响锂电池剩余电量的隔板和正负极板等部件的材料特性，从电池内部的电化学反应入手，更改锂电池内部的结构，来提高锂电池的性能；第二类则通过测量锂电池的工作电压和工作电流，从电池外部基本工作参数入手，从而计算出锂电池的剩余电量。由于这些基本参数与锂电池的剩余电量之间是有一定规律性的，-21-而且电池的外部基本参数比较容易测量得到，使用这种方法来测量电池剩余电量是有很多的优点的，所以在许多工

4、程中这种方法被研究者广泛采用。针对电池的工作电压和电流参数来计算电池剩余电量，比较常见的方法有三种。一种是通过电池内阻来计算电池的剩余电量。电池内部阻值的大小和电池的剩余电量有关，也和电池当前所处的状态有关，。当电池在释放电量的过程中，随着电池内部活性物质减少，同时电池的剩余电量也逐渐消耗，最后这就使得电池的内部电阻逐渐开始增加。根据国内与国外的诸多研究资料显示，电池剩余电量和电池的内部电阻由很大的联系，而且电池的内部电阻与电池的剩余电量成反比关系，如图1所示。图1内阻与剩余容量的反比关系通过电池的内部电阻来计算电池剩余电量的一般过程

5、是：首先需要将锂电池进行充电，直至电量充满，接着将锂电池外接负载，使其放电，此时记录电池在放电过程中剩余电量与电池内部电阻的大小变化，即可得到一个完整的电池容量和电池内部电阻之间的曲线关系，将此曲线关系的数据下载到AVR单片机的EEPROM当中，之后AVR单片机就能根据此时测量的电池内部阻值，通过读取EEPROM，直接就能够得出相应的电池剩余电量的值。第二种方法是通过监视电池开路电压来获得剩余电池的电量。这种方法是因为电池端电压和电池的剩余电量之间有一个确定的关系-21-，所以通过测量电池的端电压就可以通过这一关系来确定电池的剩余电量

6、。但是这种方法有一定的局限性：其一是对于不同的电池生产厂商生产的电池，它的开路电压和电池剩余电量之间的关系有很大的差异；其二是只有在电池空载的时候才能测量电池的开路电压，然而在绝大多数的情况下，电池是一直处于工作的状态，会带有一定的负载，这样就不可能给电池进行开路电压的检测，同时负载电流在内阻上的所产生的压降会严重影响开路电压的测量精度。而电池的内阻的离散性是很大的，随着电池的老化，这种离散性也会随之变大，所以想要补偿此压降所带来的误差是非常困难的。所以通过开路电压的方法来实现对电池剩余电量的检测方法是达不到所需的精度的，它只能提供一

7、个大致的估算而无法满足实际要求。第三种是放电实验法，放电实验法是目前唯一的最为可靠的电池剩余电量估计的方法。该方法对于负载电阻进行充电和放电实验。在电池充电的过程中，通过采集充电电流和充电电压，再将两数值与时间相乘即可得出在采样间隔时间内的充电电量，即为总电量。在电池放电过程中，采集放电电流和放电电压，计算出每个采样间隔内电量的消耗，将每次的放电电量相加即可得出电池的总的消耗电量。那么电池的剩余电量就是总电量与放电电量之差。与前两种方法相比，放电实验法简单精确，不需要加入其他存储器件，节约了所需成本。故本次采用放电实验法来实现剩余电量

8、的估计。所以本课题的主要研究内容是检测电池的电流和电池的电压，然后在通过单片机的计算在LCD显示器上显示出来。故检测电压值和电流值成为本课题研究的主要内容。-21-第2章硬件电路的设计2.1电池剩余电量估计系统的方案在上