感測電池容量的系統(tǒng)和方法
【專利說明】
[0001] 本申請是2011年12月6日提交的名稱為"感測電池容量的系統(tǒng)和方法"的中國 專利申請201180058795. 6的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明一般涉及電子電路，更具體涉及感測電池容量的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 便攜式電子設(shè)備由電池供電，電池基于化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電壓。隨著電池向便攜式電 子設(shè)備提供電力，提供電力的電池的容量減少。一些便攜式電子設(shè)備提供剩余電池容量的 指示，以便向便攜式電子設(shè)備的用戶提供剩余電池容量的通知。然而，這種電池感測系統(tǒng)經(jīng) 常是不準(zhǔn)確的并且/或者可包括昂貴、笨重并且/或者能耗效率低的額外電路組件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的一個實施例包括電池感測系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括經(jīng)配置測量電池溫度的溫 度傳感器和經(jīng)配置儲存預(yù)定數(shù)據(jù)的存儲器，預(yù)定數(shù)據(jù)與相對于電池的放電深度（D0D)的電 池的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)行為相關(guān)聯(lián)。所述系統(tǒng)也包括控制器，該控制器經(jīng)配置測量電池的電壓并 根據(jù)所述電壓、所述預(yù)定數(shù)據(jù)、和所述溫度計算電池的充電狀態(tài)（S0C)。
[0005] 本發(fā)明的另一個實施例包括計算電池的S0C的方法。所述方法包括將電池建模為 動態(tài)電池模型，該動態(tài)電池模型包括穩(wěn)態(tài)電路部分和瞬態(tài)電路部分從而確定與相對于電池 的D0D的電池穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)行為相關(guān)聯(lián)的預(yù)定數(shù)據(jù)。所述方法也包括確定電池的溫度、測量 電池的電壓以及從存儲器存取預(yù)定數(shù)據(jù)。所述方法還包括根據(jù)所述電壓、所述預(yù)定數(shù)據(jù)和 所述溫度計算電池的S0C。
[0006] 本發(fā)明的仍另一個實施例包括電池感測系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括經(jīng)配置測量電池溫度 的溫度傳感器和經(jīng)配置儲存預(yù)定數(shù)據(jù)的存儲器，預(yù)定數(shù)據(jù)與相對電池的D0D的電池的穩(wěn)態(tài) 和瞬態(tài)行為相關(guān)聯(lián)。所述系統(tǒng)也包括控制器，該控制器經(jīng)配置獲得多個采樣間隔中每個的 電池電壓樣本，從而根據(jù)在相應(yīng)一個采樣間隔的電壓、預(yù)定數(shù)據(jù)以及溫度估算在給定采樣 間隔由電池產(chǎn)生的相應(yīng)電流。所述控制器也經(jīng)配置根據(jù)在相應(yīng)一個采樣間隔經(jīng)過電池的電 流并根據(jù)在緊接的前面采樣間隔的電池的D0D計算電池的S0C。
【附圖說明】
[0007] 圖1依照本發(fā)明的一個方面示出電池感測系統(tǒng)的示例。
[0008] 圖2依照本發(fā)明的一個方面示出動態(tài)電池模型的示例。
[0009] 圖3依照本發(fā)明的一個方面示出電壓隨時間變化的圖示例。
[0010] 圖4依照本發(fā)明的一個方面示出動態(tài)電池模型數(shù)據(jù)的表格示例。
[0011] 圖5依照本發(fā)明的一個方面示出計算電池的充電狀態(tài)（S0C)的方法的示例。
【具體實施方式】
[0012] 本發(fā)明通常涉及電子電路，并且更具體涉及感測電池容量的系統(tǒng)和方法。電池感 測系統(tǒng)可包括測量電池溫度的溫度傳感器。所述溫度被提供到電池感測控制器，其經(jīng)配置 測量電池的電壓并根據(jù)電壓、溫度以及根據(jù)與電池的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)行為相關(guān)聯(lián)的預(yù)定數(shù)據(jù)計 算電池的充電狀態(tài)S0C。所述預(yù)定數(shù)據(jù)可儲存在存儲器中，該存儲器可由電池感測控制器在 多個采樣間隔中每個處存取，以便可同樣在每個采樣間隔確定電池的S0C。
[0013] 如這里描述的，電池的S0C有時用來指示電池中剩余多少可用電荷。電池的放電 深度（D0D)可指電池已經(jīng)釋放了多少電量，并可被定義為當(dāng)前剩余的集成電荷Q除以電池 的最大總零電流電荷QMAX。電池的D0D與S0C以方程D0D+S0C= 1相關(guān)，并且經(jīng)常被用來 計算由電池供電的設(shè)備的剩余運行時間。因此，如這里描述的，通常所述S0C和D0D可根據(jù) S0C與D0D相對彼此的反比例關(guān)系以可互換的方式描述。
[0014] 根據(jù)將電池建模作為動態(tài)電池模型并在相應(yīng)測試電池執(zhí)行一系列測試，所述預(yù)定 數(shù)據(jù)可離線產(chǎn)生并且可對應(yīng)于被感測電池的具體電池化學(xué)性質(zhì)，如在制造電池之前。作為 示例，所述動態(tài)電池模型可經(jīng)配置包括穩(wěn)態(tài)電路部分和瞬態(tài)電路部分，所述電路部分每個 都包括至少一個RC網(wǎng)絡(luò)。例如，穩(wěn)態(tài)電路部分的RC網(wǎng)絡(luò)可包括串聯(lián)的電阻和電容，以及瞬 態(tài)電路部分的RC網(wǎng)絡(luò)可包括并聯(lián)的電阻和電容。穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)電路部分中每個的電阻和電 容的值都可通過向相應(yīng)的測試電池施加預(yù)定的負(fù)載確定，相對響應(yīng)電流確定電壓變化，以 及移除負(fù)載來確定電壓響應(yīng)。此外，電池的電阻值和動態(tài)電池模型的穩(wěn)態(tài)電路部分的電壓 值可和溫度相關(guān)，并因此可同樣在測試電池上確定并包含于預(yù)定數(shù)據(jù)中。
[0015] 因此電池感測控制器可根據(jù)電池的電壓、預(yù)定數(shù)據(jù)和溫度執(zhí)行一系列計算從而確 定電池的S0C。具體的，所述電池感測控制器可根據(jù)在相應(yīng)采樣間隔的電壓和先前采樣周期 的D0D迭代計算在多個采樣間隔中每個采樣間隔的電池電流。然后該電流用來計算電池的 當(dāng)前S0C。因此，電池感測控制器可根據(jù)電壓和溫度兩者的先前計算和當(dāng)前測量繼續(xù)計算電 池的S0C的新值。
[0016] 圖1依照本發(fā)明的一個方面示出電池感測系統(tǒng)10的示例。所述電池感測系統(tǒng)10 可被包含為各種便攜式電子設(shè)備如筆記本電腦、照相機或無線通訊設(shè)備中任意一個的一部 分。所述電池感測系統(tǒng)10的電池感測控制器12經(jīng)配置在相關(guān)聯(lián)便攜式電子設(shè)備運行期間 確定電池14的充電狀態(tài)（S0C)。具體的，所述電池感測控制器12可經(jīng)配置以在多個采樣周 期中每個采樣周期持續(xù)采樣電池14的電壓VBAT從而根據(jù)電壓VBAT、電池14的溫度、與相對 電池14的D0D的電池14的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)行為相關(guān)聯(lián)的預(yù)定數(shù)據(jù)提供在每個取樣周期的電池 14的S0C。在圖1的示例中，所述電池14顯示為單個電池。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是電池14可 表示多個串聯(lián)電連接的電池，所以電壓VBAT可表示所有電池的總電壓。因而，由電池感測控 制器12計算的S0C可以是多個電池的平均S0C。
[0017] 所述電池感測系統(tǒng)10包括經(jīng)配置向電池感測控制器12提供溫度信號TEMP的溫 度傳感器16。所述溫度信號TEMP可以是與電池14的實際溫度相關(guān)聯(lián)的信號，如根據(jù)直接 耦合到電池14的外部傳感器的信號，或者可以是電池周圍區(qū)域的環(huán)境溫度的測量。作為示 例，所述溫度信號TEMP可以是數(shù)字信號，如由可作為溫度傳感器16的一部分的模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)提供的數(shù)字信號。所述電池感測系統(tǒng)10也包括經(jīng)配置儲存電池模型數(shù)據(jù)20和先前 電池數(shù)據(jù)22的存儲器18。所述電池模型數(shù)據(jù)20包括與電池14的穩(wěn)態(tài)行為參數(shù)對應(yīng)的穩(wěn) 態(tài)行為數(shù)據(jù)24和與電池14的瞬態(tài)行為參數(shù)對應(yīng)的瞬態(tài)行為數(shù)據(jù)26。如下面更細(xì)致描述 的，穩(wěn)態(tài)行為數(shù)據(jù)24和瞬態(tài)行為數(shù)據(jù)26可包括與動態(tài)電池模型有關(guān)的數(shù)據(jù)，動態(tài)電池模型 具有依賴于電池14的DOD的值。
[0018] 所述電池模型數(shù)據(jù)20可離線產(chǎn)生，如在制造電池14之前，通過測試具有與電池14 基本相同的化學(xué)性質(zhì)的測試電池（未示出）產(chǎn)生。給定電池的特性，如依賴于D0D，通常適 用于具有特定化學(xué)性質(zhì)的所有電池。比如，針對來自四個不同的制造廠并都具有相同化學(xué) 性質(zhì)的四個不同電池的相對于D0D對比給定電池的開路電壓V%顯示每個電池的開路電壓 V%相差不到約5毫伏，因而所有化學(xué)性質(zhì)（如，鋰離子）相同的電池可使用相同的數(shù)據(jù)庫。 因此，電池模型數(shù)據(jù)20可對應(yīng)于與電池14的化學(xué)性質(zhì)基本相同的電池相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)，以便 可實現(xiàn)電池模型數(shù)據(jù)20從而提供電池14的S0C的精確計算。因此，電池感測控制器12可 執(zhí)行由存儲器18通過信號DATAMmEt提供的電池模型數(shù)據(jù)20從而計算出電池14的S0C。
[0019] 先前的電池數(shù)據(jù)22是對應(yīng)于與電池14有關(guān)的先前數(shù)據(jù)計算的數(shù)據(jù)集。作為示 例，先前電池數(shù)據(jù)22可包括電池14的先前計算的D0D、