用于测量电池的空载电压的设备的制作方法

分案申请说明

本申请是于2013年2月28日提交的申请号为201310067004.7、名称为“用于测量电池的空载电压的设备”的中国发明专利申请的分案申请。

本公开涉及一种用于测量电池的空载电压的设备和方法。

背景技术：

一些电子设备由电池供电。这对于例如手机、膝上型计算机、平板计算机、视频相机、照相机等情形如此。为了电子设备的适当运作，期望精确确定电池充电率。电池充电率可以通过测量电池两端的空载电压确定。空载电压是在除测量设备外基本没有与电池连接的电子部件从而引起电池充电或放电时电池两端的电压。

然而，当电池对电子设备的电子部件供电时或当其被与电子设备连接的电源充电时，电池两端的电压一般与空载电压不同。在这种情况下，必须纠正所测量的电压，该测量的电压引起因此确定的充电率的不精确性。

一般而言，电子设备包括用于测量刚在电池与电子设备连接之后电池两端电压的设备。实际上，此时电子设备的所有电子部件一般都被关闭，并且电子设备不连接到电源，从而测量的电压等于电池的空载电压。测量设备将模拟信号转换为数字数据，该数字信号被储存在存储器中。测量操作可能持续数百毫秒。在电子设备完全启动之后，该电子设备的处理单元(例如控制电子设备主要功能的微控制器)可以读取存储在测量设备的存储器中的值以确定电池充电率。

测量设备将模拟信号转换为储存在存储器中的数字数据。最终所测电压继而可以与空载电压不同。

为了降低在测量结束前电池使用的风险，一种可能性是降低在电池与电子设备连接之后电压测量操作的持续时间。这个持续时间可以通过降低在模数转换步骤处获得的数字数据的精确性而降低。然而，这与提高电池充电率确定的精确性的当前趋势不符。

因此，需要降低如下风险而不降低测量精确性：电池连接到电子设备时的电池电压测量不对应于电池的空载电压。

技术实现要素：

一个实施例克服了全部或部分的之前描述的缺点。

另一实施例提供电池与电子设备连接时测量的电池电压对应于电池的空载电压。

另一实施例用于相对于随后的测量所获得的精确性，降低电池与电子设备连接之后电池电压测量的测量精确性。

另一实施例没有修改电子设备的其它电子部件的结构。

因此，一个实施例提供用于通过集成于电子设备的测量设备以测量该电子设备的电池电压的方法。其中，在电池与电子设备连接之后，测量设备会防止在测量期间电池充电或放电的操作。

根据一个实施例，该电子设备还包括在操作中由电池供电的处理单元，该方法包括防止在测量期间处理单元的启动。

根据一个实施例，该电子设备还包括电源单元，其从电池电压向处理单元提供电源电压，并且向处理单元提供第一信号，所述第一信号为第一电平以允许处理单元的启动而为第二电平以防止处理单元的启动，该测量设备在测量期间将第一信号设置为第二电平。

根据一个实施例，该电子设备包括能够被连接到电源并且当其连接到电源时能够为电池再充电的充电单元，该方法包括防止在测量期间充电单元的电池充电操作。

根据一个实施例，该充电单元能够测量在电池端子的第二信号并且能够当第二信号大于阈值时不对电池充电，该方法包括在测量期间维持在阈值之上的第二信号。

根据一个实施例，在电池与电子设备连接时，该测量设备可以防止在若干相继测量期间电池的充电或放电操作。

一个实施例还提供包括电池的电子设备和用于测量电池电压的设备，其中该测量设备能够在电池与电子设备连接之后，防止在测量期间电池的充电或放电操作。

根据一个实施例，该设备还包括在操作中由电池供电的处理单元，该测量设备能够在电池与电子设备连接之后，防止在测量期间启动处理单元。

根据一个实施例，该设备还包括电源单元，其能够从电池电压向处理单元提供电源电压，并且能够向处理单元提供第一信号，所述第一信号为第一电平以允许处理单元的启动而为第二电平以防止处理单元的启动，该测量设备在测量期间将第一信号设置为第二电平。

根据一个实施例，该装置包括充电单元，其能够被连接到电源并且能够当它连接到电源时为电池再充电，该测量设备能够在电池连接到电子设备之后，防止在测量期间充电单元给电池充电的操作。

根据一个实施例，该电池包括连接到充电单元的端子，充电单元能够测量端子上的第二信号并且能够在当第二信号大于阈值时给电池充电，该测量设备能够在测量期间将第二信号维持在阈值之上。

前述和其他特征将在下面的非限制性的对特定实施例的描述和附图中详细探讨。

附图说明

图1部分地并且示意性地示出了一个由电池供电的已知电子设备的示例；

图2为测量空载电池电压时图1中电子设备的电信号的时序图；

图3部分地并且示意性地示出了电池供电的电子设备的一个实施例；

图4为测量空载电池电压时图3中电子设备电信号的时序图；

图5部分地并且示意性地示出了电池供电的电子设备的另一个实施例；

图6以框图的形式示出了用于测量图5中所示电子设备的空载电池电压的方法的一个实施例；并且

图7为在测量空载电池电压时图5中电子设备的电信号的时序图的一个示例。

具体实施方式

为了清楚起见，不同附图中的相同要素已经用相同参考数字表示。另外，仅示出和描述有助于理解本发明的要素。另外，在下面的描述中，二进制信号对应于低电平的信号，也称为’0’，或者对应于高电平的信号，也称为’1’，然而应该清楚，二进制信号的高电平可以彼此不同，并且二进制信号的低电平可以彼此不同。

图1部分地并且示意性地示出了电子设备10的示例。仅示出并且描述有助于理解本发明的设备的电子部件。设备10包括电池12(电池)，当其被连接到电子设备10时提供电压vcc。

设备10包括电源单元14(功率管理器)，其从电压vcc生成设备10的内部部件的电源电压。电源单元14可以还提供用于将设备10的部件的操作定速(rate)的时钟信号。

设备10包括执行设备10的主要功能的处理单元16(μp)，例如微控制器。电源单元14为处理单元16提供电源电压valim。电源单元14还向处理单元16提供二进制信号重置(reset)。当满足处理单元16适当操作的条件时，例如当电源电压valim足够高时，信号reset例如处于高电平。当未满足处理单元16适当操作的条件时，信号reset例如处于低电平。

设备10可以包括连接到电源单元14的on/off开关18。设备10的用户可以通过操作开关18将电子设备开启或关闭。

设备10包括连接到电池12的充电单元20(充电器)。充电单元20可以连接到设备10外部的电源21(电源)，并且继而可以控制从电源21提供的电能对电池12的充电。

设备10还包括用于测量电池12所提供的电压vcc的单元22。以已知的方式，测量设备22包括传感器23(传感器)，传感器23能够独立于处理单元16是否启动的事实在由电池12供电时测量电压vcc。例如，传感器23取样电压vcc，将被取样的模拟电压转换为数字数据，并且将该数字数据存储在存储器24(mem)中。处理单元16可以读取所存储的数字值以确定电池12的充电率。

以更详细的方式，电池12可以包括三个端子b1、b2和b3以及在端子b1与b2之间的电源26。当电池12被连接到设备10时，端子b1提供电压vcc并且端子b2连接到设备10的低参考电势gnd的源。电池12还包括在端子b3和b2之间耦合的电阻器28。电阻器28是具有根据温度而变化的阻值的热敏电阻。它为已知的保护装置，用于防止当电池12温度过高(这可能会损坏电池12)时电池12充电或放电的操作。电阻器28两端的电压称为vtherm。充电单元20连接到电池12的端子b1和b3。以已知的方式，当电源21被连接到电子设备10的充电单元20时，充电单元20能够在启动电池12充电之前偏置端子b3并且测量电压vtherm。如果电压vtherm大于阈值，则充电单元20不执行充电操作。

电源单元14包括控制单元30，其接收电压vcc并且在端子b4处向处理单元16提供电源电压valim。电源单元14还包括晶体管32，例如npn双极晶体管，它的基极被连接到控制单元30、它的集电极提供信号reset、以及它的发射极被连接到低参考电势gnd的源。另外，晶体管32的集电极由电阻器34连接到端子b4。晶体管32以开关模式操作。控制单元30开启晶体管32以将信号reset设置到低电平。

图2是当电池12连接到图1所示的电子设备10时，设备10的内部信号的时序图。称t0、t1和t2为相继时间点。

当电池12连接到电子设备10时，在空载电压值vbat处，电压vcc增加0v。在时间t0处，电压vcc达到电子设备10的最小操作电压或uvlo(欠压锁定)电压。只要电源单元14不能够提供设备10的操作所必需的电源电压和时钟信号，它就将信号reset维持在低电平。

时间t1对应于由测量设备22对电压vcc测量的启动。时间t1与t0之间的延迟尤其使得vcc能够维持在vbat处。该测量包括电压vcc的采样、采样值的模数转换、以及由模数转换所得的数字数据voltage在存储器24中的存储。

在时间t2处，电压vcc的测量结束。时间t2与t1之间的延迟δt对应于电压vcc的测量持续时间。可以读取存储在存储器24中的数字值voltage。测量设备22可以还包括计数器，其在刚与电池12连接后被设置为零并且对于电压vcc的每次测量都被递增一。在时间t2处，该计数器则递增至1。

持续时间δt可以约为200ms。这种测量方法的一个缺点为电源单元可能在时期δt期间(图2中的时间t’)将信号reset设置为’1’。因此处理单元16有可能在时期δt期间启动并且使用电池12。另外，在时期δt期间，电源21可以连接到设备10，并且充电单元20可以启动电池12的充电。数据voltage继而可能不对应于电池12的空载电压。

图3示出了电子设备40的一个实施方式，其包括与图1所示的电子设备10相同的元件，除了测量设备42被修改之外。

设备40的测量设备42包括图1中所示的测量设备22的传感器23和存储器24。测量设备42还包括控制单元44(control)，其向双极晶体管46(例如npn双极晶体管)的基极提供二进制信号s。晶体管46的集电极被耦合到晶体管32的集电极。晶体管46的发射极被耦合到参考电势gnd的源。测量设备42包括接收信号s的反相器48。反相器48向双极晶体管50的基极(例如pnp双极晶体管)递送信号s’。晶体管50的发射极被耦合到端子b1并且晶体管50的集电极经由电阻器52连接到端子b3。晶体管46和50以开关模式操作。

图4是在测量设备42测量电池12的空载电压期间设备40的信号的时序图。

当电池12连接到电子设备40时，在空载电压值vbat处的电压vcc增加0v。

在时间t0处，电压vcc达到电压uvlo。由电压vcc供电的测量设备42将信号s设置至高态。晶体管46继而导通并且基本相当于导通的开关。晶体管42的集电极与发射极之间的电压为低，例如，约为0.2v。信号reset则维持在低电平。

信号s’处于低电平，晶体管50继而导通并且基本相当于导通的开关。由电阻器28和电阻52所形成的分压电桥将端子b3上的电压vtherm设置为值up。选择电阻器52，从而电压vtherm的值大于电压阈值，在阈值之下充电单元20可以启动对电池12的充电。

在时间t1与t2之间，测量电压vcc。在t1与t2之间，信号s维持在高电平。信号reset因此保持在低电平，尽管电源单元14的控制单元30导通晶体管32。处理单元16因此无法启动。电压vcc的测量因而不能够受到处理单元16启动的干扰。在t1与t2之间，信号s’维持在低电平。电压vtherm因此保持在高电平up。由充电单元20对电池12的充电因而不能够干扰电压vcc的测量。

在时间t2，电压vcc的测量结束。可以读取存储在存储器24中的数字数据voltage。控制单元44将信号s设置为低电平。晶体管46继而不导通并且基本相当于关断的开关。晶体管32导通或关断的状态(即电源单元14)将设置信号reset的电平。在时间t2处，信号s’被设置为低电平。晶体管50则不导通并且基本相当于关断的开关。信号vtherm的电平则能够在如下情况变化，即电源21连接到设备40并且电池12的充电循环能够启动。

有利地，因为所测电压vcc无疑对应于无干扰风险的电池12的空载电压，所以可以以期望的精确性执行测量。另外，测量设备42使用信号reset和电压vtherm以防止在读取操作期间电池12的充电或放电操作，一般而言，信号reset和vtherm已经存在于包括电池的电子设备中。从而，本实施例不引起对该设备的除测量设备之外的电子部件的修改。

图5示出了电子设备60的另一实施例，其包括与图3中所示的电子设备40的除被修改的测量设备62之外相同的元件。信号s和s’彼此单独地由测量设备62的控制单元44递送。控制单元44还接收信号reset并且能够检测信号reset在高电平还是低电平。

图6以框图形式示出了用于测量电子设备60的电池12的空载电压的方法的一个实施例，并且图7是实施图6所示的测量方法时的电子设备60的信号时序图的一个示例。称t0至t8为连续时间点。

图6所示的测量方法的实施例使得能够执行电池12的空载电压的若干相继测量。当电池12被连接时，电池12的空载电压可以变化。这可以紧接在电池12已被电池充电器充电并且从电子设备60移除电池12之后在电池12连接至电子设备60时产生。通过执行空载电压的若干相继测量，处理单元16可以基于所测的空载电压值更精确地确定电池12的充电率。

在步骤60(bat插入)，在设备60中插入电池12。电压vcc上升至超过电压ulvo(图7中时间t’0)。该方法在步骤62继续。

在步骤62(强制电池就绪信号失效)，控制单元44将信号s’设置为低电平(图7中的时间t’1)。晶体管50继而导通并且基本相当于导通的开关。电压vtherm因此处于由电阻器28和52所形成的分压电桥所设置的值up。充电单元20不可能给电池12充电。该方法在步骤64继续。控制单元44又将信号s设置为低电平。信号reset的电平继而由电源单元14所设置。

在步骤64(系统重置有效？)，控制单元44确定信号reset是否在低电平。如果信号reset在低电平，则该方法在步骤66继续。如果信号reset在高电平，这意味着处理单元16可能正在启动，而该方法在步骤68继续。

在步骤68(ocv测量)，如之前所描述的那样，传感器23测量电压vcc。然而，在这种情况下，不确定测量电压为电池12的空载电压。然而，干扰的仅有可能因素为处理单元16已经启动。该方法在步骤70继续。

在步骤70(释放电池就绪信号)，控制单元44将信号s’设置为高电平。晶体管50继而导通并相当于关断的开关。信号reset于是维持在低电平。该方法在步骤72继续。

在步骤66(强制重置有效)，控制单元44将信号s设置为高电平(图7中时间t’2)。晶体管46继而导通并且基本相当于导通的开关。信号reset继而维持在低电平。该方法在步骤72继续。

在步骤72(ocv测量)，传感器23以已知的方式测量电压vcc(图7中时间t’3)。继而确定测量电压为电池12的空载电压。该方法在步骤74继续。

在步骤74(释放重置)，电压vcc的测量结束(图7中时间t’4)。数字数据voltage被存储在存储器24中并且可以被读取。控制单元44将信号s设置为低电平。晶体管42继而不导通并且基本相当于关断的开关。信号reset的电平则由电源单元14设置。该方法在步骤76继续。

在步骤76(n次循环完成？)，控制单元44确定n次测量是否已经被执行，其中n为大于或等于2的整数，优选地大于或等于5，例如等于8。在图7中，例如，n等于2。如果已经执行n次测量，该方法在步骤70继续。如果还没有已经执行n次测量，该方法在步骤78继续。

在步骤78(延迟已消逝？)，控制单元44确定两次相继测量之间的延迟是否已经消逝。这个延迟可能是若干秒，例如，长于10秒，优选地长于或等于15秒。在两次测量之间的延迟已经消逝的情况下，该方法在步骤66、72和74继续，执行新的测量(在图7中时间t’6与t’7之间)。在两次相继测量之间的延迟还未消逝的情况下，该方法在步骤80继续。

在步骤80(系统重置活跃？)，控制单元44确定信号reset是否在低电平。如果信号reset在低电平，则该方法在步骤78继续。如果信号reset在高电平，这意味着处理单元16可能正在启动，则该方法在步骤70继续。如之前所描述的那样，在步骤70，控制单元44将信号s’设置成高电平(图7中时间t’8)。晶体管50继而导通并且基本相当于关断的开关。充电单元继而有可能给电池12充电。

已经描述本发明特有的实施例。那些所属技术领域的人员将轻易地想到各种变更、修改和改进。具体而言，双极晶体管32、46和50各自可以由任何能够起到开关作用的设备所替代。例如，双极晶体管32、46和50各自可以由金属氧化物半导体场效应晶体管，或mos晶体管所替代。

如此的变更、修改和改进旨在为本公开的一部分，并且旨在本发明的精神和范围之内。因此，前述的描述仅作为示例而不旨在为限制性的。本发明仅如以下权利的要求和与之有同等作用的中所限定的而受限。