感测电池容量的系统和方法
【专利说明】
[0001] 本申请是2011年12月6日提交的名称为"感测电池容量的系统和方法"的中国 专利申请201180058795. 6的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明一般涉及电子电路，更具体涉及感测电池容量的系统和方法。
【背景技术】
[0003] 便携式电子设备由电池供电，电池基于化学反应产生电压。随着电池向便携式电 子设备提供电力，提供电力的电池的容量减少。一些便携式电子设备提供剩余电池容量的 指示，以便向便携式电子设备的用户提供剩余电池容量的通知。然而，这种电池感测系统经 常是不准确的并且/或者可包括昂贵、笨重并且/或者能耗效率低的额外电路组件。
【发明内容】
[0004] 本发明的一个实施例包括电池感测系统。所述系统包括经配置测量电池温度的温 度传感器和经配置储存预定数据的存储器，预定数据与相对于电池的放电深度（D0D)的电 池的稳态和瞬态行为相关联。所述系统也包括控制器，该控制器经配置测量电池的电压并 根据所述电压、所述预定数据、和所述温度计算电池的充电状态（S0C)。
[0005] 本发明的另一个实施例包括计算电池的S0C的方法。所述方法包括将电池建模为 动态电池模型，该动态电池模型包括稳态电路部分和瞬态电路部分从而确定与相对于电池 的D0D的电池稳态和瞬态行为相关联的预定数据。所述方法也包括确定电池的温度、测量 电池的电压以及从存储器存取预定数据。所述方法还包括根据所述电压、所述预定数据和 所述温度计算电池的S0C。
[0006] 本发明的仍另一个实施例包括电池感测系统。所述系统包括经配置测量电池温度 的温度传感器和经配置储存预定数据的存储器，预定数据与相对电池的D0D的电池的稳态 和瞬态行为相关联。所述系统也包括控制器，该控制器经配置获得多个采样间隔中每个的 电池电压样本，从而根据在相应一个采样间隔的电压、预定数据以及温度估算在给定采样 间隔由电池产生的相应电流。所述控制器也经配置根据在相应一个采样间隔经过电池的电 流并根据在紧接的前面采样间隔的电池的D0D计算电池的S0C。
【附图说明】
[0007] 图1依照本发明的一个方面示出电池感测系统的示例。
[0008] 图2依照本发明的一个方面示出动态电池模型的示例。
[0009] 图3依照本发明的一个方面示出电压随时间变化的图示例。
[0010] 图4依照本发明的一个方面示出动态电池模型数据的表格示例。
[0011] 图5依照本发明的一个方面示出计算电池的充电状态（S0C)的方法的示例。
【具体实施方式】
[0012] 本发明通常涉及电子电路，并且更具体涉及感测电池容量的系统和方法。电池感 测系统可包括测量电池温度的温度传感器。所述温度被提供到电池感测控制器，其经配置 测量电池的电压并根据电压、温度以及根据与电池的稳态和瞬态行为相关联的预定数据计 算电池的充电状态S0C。所述预定数据可储存在存储器中，该存储器可由电池感测控制器在 多个采样间隔中每个处存取，以便可同样在每个采样间隔确定电池的S0C。
[0013] 如这里描述的，电池的S0C有时用来指示电池中剩余多少可用电荷。电池的放电 深度（D0D)可指电池已经释放了多少电量，并可被定义为当前剩余的集成电荷Q除以电池 的最大总零电流电荷QMAX。电池的D0D与S0C以方程D0D+S0C= 1相关，并且经常被用来 计算由电池供电的设备的剩余运行时间。因此，如这里描述的，通常所述S0C和D0D可根据 S0C与D0D相对彼此的反比例关系以可互换的方式描述。
[0014] 根据将电池建模作为动态电池模型并在相应测试电池执行一系列测试，所述预定 数据可离线产生并且可对应于被感测电池的具体电池化学性质，如在制造电池之前。作为 示例，所述动态电池模型可经配置包括稳态电路部分和瞬态电路部分，所述电路部分每个 都包括至少一个RC网络。例如，稳态电路部分的RC网络可包括串联的电阻和电容，以及瞬 态电路部分的RC网络可包括并联的电阻和电容。稳态和瞬态电路部分中每个的电阻和电 容的值都可通过向相应的测试电池施加预定的负载确定，相对响应电流确定电压变化，以 及移除负载来确定电压响应。此外，电池的电阻值和动态电池模型的稳态电路部分的电压 值可和温度相关，并因此可同样在测试电池上确定并包含于预定数据中。
[0015] 因此电池感测控制器可根据电池的电压、预定数据和温度执行一系列计算从而确 定电池的S0C。具体的，所述电池感测控制器可根据在相应采样间隔的电压和先前采样周期 的D0D迭代计算在多个采样间隔中每个采样间隔的电池电流。然后该电流用来计算电池的 当前S0C。因此，电池感测控制器可根据电压和温度两者的先前计算和当前测量继续计算电 池的S0C的新值。
[0016] 图1依照本发明的一个方面示出电池感测系统10的示例。所述电池感测系统10 可被包含为各种便携式电子设备如笔记本电脑、照相机或无线通讯设备中任意一个的一部 分。所述电池感测系统10的电池感测控制器12经配置在相关联便携式电子设备运行期间 确定电池14的充电状态（S0C)。具体的，所述电池感测控制器12可经配置以在多个采样周 期中每个采样周期持续采样电池14的电压VBAT从而根据电压VBAT、电池14的温度、与相对 电池14的D0D的电池14的稳态和瞬态行为相关联的预定数据提供在每个取样周期的电池 14的S0C。在图1的示例中，所述电池14显示为单个电池。然而，应当理解的是电池14可 表示多个串联电连接的电池，所以电压VBAT可表示所有电池的总电压。因而，由电池感测控 制器12计算的S0C可以是多个电池的平均S0C。
[0017] 所述电池感测系统10包括经配置向电池感测控制器12提供温度信号TEMP的温 度传感器16。所述温度信号TEMP可以是与电池14的实际温度相关联的信号，如根据直接 耦合到电池14的外部传感器的信号，或者可以是电池周围区域的环境温度的测量。作为示 例，所述温度信号TEMP可以是数字信号，如由可作为温度传感器16的一部分的模数转换器 (ADC)提供的数字信号。所述电池感测系统10也包括经配置储存电池模型数据20和先前 电池数据22的存储器18。所述电池模型数据20包括与电池14的稳态行为参数对应的稳 态行为数据24和与电池14的瞬态行为参数对应的瞬态行为数据26。如下面更细致描述 的，稳态行为数据24和瞬态行为数据26可包括与动态电池模型有关的数据，动态电池模型 具有依赖于电池14的DOD的值。
[0018] 所述电池模型数据20可离线产生，如在制造电池14之前，通过测试具有与电池14 基本相同的化学性质的测试电池（未示出）产生。给定电池的特性，如依赖于D0D，通常适 用于具有特定化学性质的所有电池。比如，针对来自四个不同的制造厂并都具有相同化学 性质的四个不同电池的相对于D0D对比给定电池的开路电压V%显示每个电池的开路电压 V%相差不到约5毫伏，因而所有化学性质（如，锂离子）相同的电池可使用相同的数据库。 因此，电池模型数据20可对应于与电池14的化学性质基本相同的电池相关联的数据，以便 可实现电池模型数据20从而提供电池14的S0C的精确计算。因此，电池感测控制器12可 执行由存储器18通过信号DATAMmEt提供的电池模型数据20从而计算出电池14的S0C。
[0019] 先前的电池数据22是对应于与电池14有关的先前数据计算的数据集。作为示 例，先前电池数据22可包括电池14的先前计算的D0D、