一种电池失效监测方法及便携式电子设备与流程

本发明属于电池安全检测，具体地说，是涉及一种电池失效监测方法及便携式电子设备。

背景技术：

1、便携式电子设备是一种体积小、重量轻、便于携带的电子产品，例如手机、平板电脑、vr产品、智能手表等。目前的便携式电子设备大多采用可充电电池为其内部的系统电路供电，由此可以摆脱电源线的束缚，使得便携式电子设备在不同的使用场所都能实现灵活应用。

2、ar眼镜作为一种便携式电子设备，可以实现多媒体展示、人机交互等各种功能，设备通过电池供电以保证一定的续航能力。受制于设备有限的内部空间，目前的ar眼镜所使用的电池大多是聚合物锂离子电池。为了减小ar眼镜的重量，电池的布设空间被一再压缩，这就要求电池必须具有更高的能量密度。小容量电池提供设备所需电流通常需要进行高倍率充放电，电流可达5c甚至更高，这对电池的寿命与安全性是一个严峻的考验，很容易导致电池失效。

3、导致聚合物锂离子电池失效的原因有很多种，除了受外力等因素导致电池的正负极直接短路引起的起火爆炸外，还有一种潜在慢性的内部微短路问题导致的电池失效现象。这种电池慢性失效在设备出厂和使用过程中很难被发现，是威胁电池和设备使用安全的一个严重隐患。

4、为了避免电池慢性失效在设备使用过程中引发的安全事故，需要对电池的安全状态进行有效的实时监控。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种电池失效监测方法，以解决因电池内部存在微短路问题所导致的电池失效现象难以被发现的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、在一个方面，本发明提出了一种电池失效监测方法，包括：

4、利用正常电池在不同健康状态下的特性曲线构建标准曲线数据库；

5、针对设备的不同工作模式，为电池的不同参数赋予不同的权重系数；

6、在设备运行期间，定时采集电池的不同参数；

7、根据设备的实际工作模式，调取该工作模式下各电池参数的权重系数，并选择权重系数高的电池参数与标准曲线数据库中的特性曲线进行比较，根据变化量判断电池的失效状态；若判定电池未失效，则对各电池参数进行归一化处理，计算所有电池参数及其权重系数之和，并与设定的临界阈值进行比较，根据比较结果判断电池的失效状态。

8、在本技术的一些实施例中，所述特性曲线可以包括正常电池经过不同次数循环充放电后的使用电量-电压放电曲线、随电池使用时间延长的内阻变化曲线、电池自放电电流曲线、随放电电流变化的电池温升曲线等；所述电池参数可以包括电池电压v、电池电流i、电池温度t、电池内阻r等，通过对电池的多种参数进行多维分析，以提高对电池内部是否存在微短路问题的检测灵敏度和判断准确度。

9、在本技术的一些实施例中，针对设备处于运行模式且长时间工作在恒流放电状态的情况，由于存在内部微短路问题的失效电池在这种工作模式下其电压变化和温升情况相对明显，因此，可以配置电池电压v的权重系数wv>电池温度t的权重系数wt>电池内阻r的权重系数wr>电池电流i的权重系数wi。

10、为了对电池电压v和电池温度t这两个参数是否异常提供可参比的标准值，可以调取标准曲线数据库中与电池实际充放电次数相同的使用电量-电压放电曲线作为电压标准曲线，确定与电池电压v比较的电压标准值；同时，可以调取标准曲线数据库中随放电电流变化的电池温升曲线作为温度标准曲线，确定与电池温度t比较的温度标准值。

11、在本技术的一些实施例中，对于设备运行在恒流放电工作模式的情况，可以具体配置以下电池失效判断过程：

12、若采集到的电池电压v与电压标准曲线所对应的标准值比较，其变化量超过设定阈值，则标记电池异常；

13、若采集到的电池温度t的平均值与所述温度标准曲线所对应的标准值比较，其变化量超过设定阈值，则标记电池异常；

14、若标记了两个电池异常，则判定电池失效；

15、若仅标记了一个电池异常，则需要结合电池的电压变化量δv和温度变化量δt综合进行失效判断，具体可以配置以下过程：

16、为电池的电压变化量δv赋予权重wv’，为电池的温度变化量δt赋予权重wt’，且wv’+ wt’=1，wv’>wt’；

17、计算a’=δv×wv’+δt×wt’；

18、将a’与设定的中间临界值进行比较，根据比较结果做电池失效状态的一级判断；若判定电池未失效，则进行二级判断，即，计算所有电池参数及其权重系数之和，并与设定的临界值进行比较，根据比较结果对电池是否失效做进一步判断。

19、在本技术的一些实施例中，针对设备处于运行模式且工作在间歇性使用状态的情况，由于正常电池在这种工作模式下其内阻和电压参数不应出现很大变动，因此，可以通过检测这两个参数是否出现明显变化来判断电池是否存在微短路失效。鉴于此，可以配置电池内阻r的权重系数wr>电池电压v的权重系数wv>电池温度t的权重系数wt≥电池电流i的权重系数wi。

20、为了对电池内阻r和电池电压v这两个参数是否异常提供可参比的标准值，可以调取标准曲线数据库中随电池使用时间延长的内阻变化曲线作为内阻标准曲线，确定与电池内阻r比较的内阻标准值；同时，可以调取标准曲线数据库中与电池实际充放电次数相同的使用电量-电压放电曲线作为电压标准曲线，确定与电池电压v比较的电压标准值。

21、在本技术的一些实施例中，对于设备运行在间歇性使用工作模式的情况，可以具体配置以下电池失效判断过程：

22、若前后两次使用过程中监测到的电池内阻r的平均值的差值δr超过内阻标准曲线所对应的标准值的一定比例，则标记电池异常；

23、若某使用过程中采集到的电池电压v的最大值和最小值的差值δv超过电压标准曲线所对应的标准值的一定比例，则标记电池异常；

24、若标记了两个电池异常，则判定电池失效；

25、若仅标记了一个电池异常，则需要结合内阻差值δr和电压差值δv综合进行失效判断，具体可以配置以下过程：

26、为δr赋予权重wr’，为δv赋予权重wv’，且wr’+ wv’=1，wr’>wv’；

27、计算a’=δr×wr’+δv×wv’；

28、将a’与设定的中间临界值进行比较，根据比较结果做电池失效状态的一级判断；若判定电池未失效，则进行二级判断，即，计算所有电池参数及其权重系数之和，并与设定的临界值进行比较，根据比较结果对电池是否失效做进一步判断。

29、在本技术的一些实施例中，针对设备处于关机模式的情况，由于电池内部微短路等失效问题会导致电池自放电电流变大，温升增大，故而，可以配置电池电流i的权重系数wi>电池温度t的权重系数wt>电池内阻r的权重系数wr≥电池电压v的权重系数wv。

30、为了对电池电流i和电池温度t这两个参数是否异常提供可参比的标准值，可以调取标准曲线数据库中电池自放电电流曲线作为电流标准曲线，确定与电池电流i比较的电流标准值；同时，可以调取标准曲线数据库中随放电电流变化的电池温升曲线作为温度标准曲线，确定与电池温度t比较的温度标准值。

31、在本技术的一些实施例中，对于设备处于关机模式的情况，可以具体配置以下电池失效判断过程：

32、定时开启设备监测电池电压v、电池电流i、电池温度t和电池内阻r；

33、若采集到的电池电流i与电流标准曲线所对应的标准值进行比较，其变化量超过设定阈值，则标记电池异常；

34、若采集到的电池温度t的平均值与温度标准曲线所对应的标准值比较，其变化量超过设定阈值，则标记电池异常；

35、若标记了两个电池异常，则判定电池失效；

36、若仅标记了一个电池异常，则需要结合电池的电流变化量δi和温度变化量δt综合进行失效判断，具体可以配置以下过程：

37、为电池的电流变化量δi赋予权重wi’，为电池的温度变化量δt赋予权重wt’，且wi’+ wt’=1，wi’>wt’；

38、计算a’=δi×wi’+δt×wt’；

39、将a’与设定的中间临界值进行比较，根据比较结果做电池失效状态的一级判断；若判定电池未失效，则进行二级判断，即，计算所有电池参数及其权重系数之和，并与设定的临界值进行比较，根据比较结果对电池是否失效做进一步判断。

40、在本技术的一些实施例中，如果仅监测电池的电压、电流、温度、内阻四个参数，则可以配置四个电池参数的权重系数之和wv+wt+wr+wi=1。

41、在另一个方面，本发明还提出了一种便携式电子设备，内置有电池、温度传感器、电量计、电源管理芯片和主处理器；其中，所述温度传感器用于检测电池温度；所述电量计用于检测电池的电压、电流，并根据检测到的电压、电流计算出电池内阻以及所使用的电量；所述电源管理芯片接收所述温度传感器检测到的电池温度以及所述电量计检测或计算出的电池电压、电池电流、电池内阻和电池所使用电量，通过执行电池失效监测方法，判断电池是否失效；所述主处理器与所述电源管理芯片通信，在电源管理芯片判断电池失效时发出预警；其中，所述电源管理芯片执行的电池失效监测方法包括：

42、利用正常电池在不同健康状态下的特性曲线构建标准曲线数据库；

43、针对设备的不同工作模式，为电池的不同参数赋予不同的权重系数；

44、在设备运行期间，定时采集电池的不同参数；

45、根据设备的实际工作模式，调取该工作模式下各电池参数的权重系数，并选择权重系数高的电池参数与标准曲线数据库中的特性曲线进行比较，根据变化量判断电池的失效状态；若判定电池未失效，则对各电池参数进行归一化处理，计算所有电池参数及其权重系数之和，并与设定的临界阈值进行比较，根据比较结果判断电池的失效状态。

46、与现有技术相比，本发明的优点和积极效果主要体现在：

47、1、本发明采集并监测电池的多个参数，并针对不同的工况为电池的不同参数赋予不同的权重系数，通过增加失效电池在不同工况下影响明显的电池参数的权重，并结合其他电池参数进行综合分析，由此可以提高电池失效检测结果的准确性和可信度。

48、2、本发明的电池失效监测方法，可以检测出因电池内部微短路导致的电池慢性失效问题，解决了电池慢性失效在设备出厂和使用过程中难以被发现的问题。

49、3、将本发明的电池失效监测方法应用在便携式电子设备中，对电池的健康状况进行实时监测，并在发现电池失效时及时发出预警或者采取断电等措施，阻止电池继续放电，由此能够有效防止电池爆炸、自燃等安全事故的发生，降低了电池失效引发的事故率，有助于提升便携式电子设备使用的安全性和用户的满意度。

50、结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。