CN101526588A - 用于精确报告电池组容量的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

这里公开了一种不依赖于库仑计数器的、用于精确报告电池组容量的方法和系统。该方法包括如下步骤：确定电池组是否处于过渡阶段，并且当电池组处于过渡阶段时，基于过渡阶段电池组容量模型来确定电池组容量。当电池组连接到电源的情形以及电池组从电源断开的情形之一出现时，发生过渡阶段。由过渡阶段电池组容量模型所描述的行为接近实际的过渡阶段电池组容量的行为，从而最小化所确定的电池组容量的误差。该方法和系统在从放电到充电的过渡阶段以及从充电到放电的过渡阶段期间精确报告电池组容量。

Description

用于精确报告电池组容量的方法和系统
本申请是2005年11月4日向中国专利局递交的题为“用于精确报告电池组容量的方法和系统”的发明专利申请No.200510116253.6的分案申请。
技术领域
本申请一般地涉及电池组。更具体地，本申请涉及精确报告电池组的容量。
背景技术
许多移动计算和通信设备依赖标准电池组电池来提供工作所需的电力。虽然一次性电池组电池(例如，碱电池)是公知且可靠的技术，但是在这些移动设备中通常使用可再充电电池组电池。这些可再充电电池组依靠多种已知的电池类型，包括Ni-Cad、Ni-MH以及Li离子电池。所有这些电池对本领域的技术人员来说都是公知的，也知道它们的某些不足。上述可再充电电池组电池的一个公知的不足涉及这样的事实：每个电池组具有有限的寿命跨度(可以以再充电周期来测量)。对电池的充电和放电过程有损电池的电荷储存容量，导致所储存的电势(通常以mA-小时来测量)随电池组的寿命增加而减小。由于储存电荷的能力降低，所以电池组的效用降低。电池组的寿命会由于对电池组的不恰当充电或过度充电而急剧减小。作为这些不足的结果，用户在使用之前以及使用时能够确定电池组容量是至关重要的。
电池组容量报告的现有技术依赖于库仑计数器。库仑计数所涉及到的操作的原理是计算注入到电池组的库仑与从电池组取出的库仑之间的差。然后通过比较库仑计数与参考库仑计数值(对应于最大电池组容量)，来报告电池组容量。例如，如果电池组的库仑计数是参考值的一半，则将电池组容量报告为50％。虽然库仑计数器完成了电池组容量报告，但是其可能具有数个问题。首先，如果不知道与最大电池组容量相对应的精确参考库仑计数值，那么所报告的容量可能是没有意义的。另外，对于库仑计数器，可能难以保持精确的参考库仑计数，尤其是在电池组容量随着电池组寿命下降时。再者，对于库仑计数器，可能在开始库仑计数之前必须知道当前电池组容量。
库仑计数原理的一个限制是不可以用来报告最初不知道电池组容量的电池组的容量：如果要使用库仑计数系统和方法来报告电池组的容量，可能必须使电池组从其未知容量状态进入完全充电100％电池组容量状态或完全放电0％容量状态，然后才能使用库仑计数。因为在某一时刻电池组的状态未知，所以将电池组充电到100％容量的唯一途径是长时间恒定地提供充电。这可能导致电池的过充电，这会损害电池的储存容量。相反，为了保证电池是0％容量，则必须将电池彻底放电。可再充电电池组可能会由于过度放电而被永久性破坏。
库仑计数技术还存在其他的实际限制。实际上，库仑计数通过随时间进行积分来工作。库仑计数器中存在偏移可能导致库仑计数的不准确。对于假定了初始未知的电池组容量的电池组来说尤其如此，并且在每次再充电周期中偏移增加。如果在复位库仑计数器的时机之间需要长时间使用电池组，情况则尤为如此。例如，在两次充电之间需要使用3周的电池组中，即使每一次充电周期中的小偏移也会积累变为所报告的容量中大的误差。
其他已知的电池组容量报告技术主要基于测量电池组电压。
电池组具有已知的特征充电和放电曲线。图1图示了某电池组的充电曲线模型130和放电曲线模型140。这些曲线将可再充电电池组的电池组电压100与容量百分比120联系起来。电池组容量百分比120与或者处于放电状态(放电曲线模型140所示)或者处于充电状态(充电曲线模型130所示)的电池组电压110相关。图示了多个点，例如充电曲线模型130上的点132以及放电曲线上的点142。可以使用插值来提供在那些值已知的点之间的容量值120与电压110的关系。参考图1，电池组电压110、电池组充电状态与容量120之间的关系由两条曲线模型130、140图示。第一曲线模型130对应于正的电池组充电电流或电池组充电状态，并且第二曲线模型140对应于负的电池组充电电流或电池组放电状态。
当电池组处于充电状态时，利用与充电状态相对应的充电曲线。当电池组处于放电状态时，利用与放电状态相对应的放电曲线。充电和放电曲线使得：只要给出电池组电压与充电曲线或放电曲线，就可以从曲线获得相应的容量值。
虽然通过测量电池组的电压并检查曲线可以确定电池组的容量，但是应当注意到，两条不同曲线的存在意味着存在问题。例如，当电池组电压为3.8V并且此时将电源插上电池组时，根据放电状态曲线，所报告的电池组容量从52％突降为17％。所报告的结果是不正确的。实际上，在电池组正在放电的同时插上电源时，电池组进入从放电到充电的过渡阶段P1。在过渡阶段P1之后，电池组进入充电状态。类似地，当正在对电池组充电的同时拔掉电源时，例如，在电池组电压为3.9V时，基于图1的充电曲线和放电曲线，所报告的电池组容量从49％突升为71％。实际上，在对电池组充电的同时拔掉电源时，电池组进入从充电到放电的过渡阶段P2。在过渡阶段P2之后，电池组进入放电状态。在上述环境中，如果使用图1的放电曲线和充电曲线来报告过渡阶段的电池组容量，则所报告的结果是不正确的。
发明内容
本申请描述了一种确定电池组容量的方法。该方法可以包括如下步骤：确定电池组是否处于过渡阶段；并且当电池组处于过渡阶段时，基于过渡阶段电池组容量模型，确定电池组容量。这里，在某种事件时发生过渡阶段，并且由过渡阶段电池组容量模型所描述的行为接近实际的过渡阶段电池组容量的行为，以便最小化所确定的电池组容量的误差。
本申请还描述了一种用于确定电池组容量的系统。该系统可以包括：过渡阶段确定电路，其可操作地连接到电池组，用于确定电池组是否处于过渡阶段；和电池组容量确定电路，其可操作地连接到过渡阶段确定装置，用于在电池组处于过渡阶段时，基于过渡阶段电池组容量模型来确定电池组容量。这里，在某种事件时发生过渡阶段，并且由过渡阶段电池组容量模型所描述的行为接近实际的过渡阶段电池组容量的行为，以便最小化所确定的电池组容量的误差。
上述系统可以集成在手持计算或通信设备中。
附图说明
图1图示了将可再充电电池组的电池组电压与容量百分比关联起来的两条曲线示例模型：充电和放电曲线模型；
图2是示例移动通信设备的方框图；
图3图示了用于报告电池组容量的示例方法；
图4图示了用于在从放电到充电的过渡阶段中报告电池组容量的过渡阶段电池组容量模型曲线的示例；
图5图示了用于在从充电到放电的过渡阶段中报告电池组容量的过渡阶段电池组容量模型曲线的示例；
图6是图示了根据图4和5的过渡阶段电池组容量模型来执行图3中的步骤360的示例方法的流程图。
具体实施方式
一般地，本申请提供了一种用于在发生某一事件时使用电池组容量过渡阶段模型来精确报告电池组容量的方法和系统。该事件可以是将电池组连接到电池组充电器或电源，或从电池组充电器或电源断开电池组，或者诸如在电池组连接时、如电池组充电电源故障之类的故障发生，等等。
电池组容量过渡阶段模型可以描述为函数，或者可以通过查找表或数组中存储的值的插值来描述。
一种用于报告电池组容量的示例方法在过渡阶段期间基于过渡阶段电池组容量模型来报告电池组容量。与从放电到充电的过渡阶段相关的过渡阶段电池组容量模型以及与从放电到充电的过渡阶段相关的过渡阶段电池组容量模型是预定的。一旦确定电池组处于过渡状态、放电状态、或充电状态，那么分别选择过渡阶段电池组容量模型曲线、放电曲线或充电曲线。然后，读取电池组的电压，通过使用所选择的曲线来确定电池组容量。过渡阶段电池组容量模型优选地是与电池组电压、放电曲线和充电曲线相关联的函数。该函数可以表示为方程、方程组、查找表等。
或者，考虑到电池组温度效应，可以执行关于过渡阶段电池组容量模型曲线、放电曲线和充电曲线的温度补偿，以获得不同温度下精确的电池组容量。
或者，可以提供与多个电池组工作温度或多个电池组工作温度范围相对应的多条过渡阶段电池组容量模型曲线、放电曲线和充电曲线，从而可以基于当前电池组工作温度，来选择用于报告电池组容量的相应曲线，以便获得精确的电池组容量。
图2是可以实现如这里所述的用来精确报告电池组容量的系统和方法的移动通信设备10的方框图。移动通信设备10优选地是至少具有语音或数据通信能力的双向通信设备。该设备优选地能够与因特网上的其他计算机系统通信。取决于该设备所提供的功能，该设备可以称作数据消息设备、双向寻呼机、蜂窝电话、无线因特网设备或者数据通信设备(带有或不带有电话能力)。然而，应该理解，电池组容量报告和测量可以应用在移动通信和计算设备之外的其他领域。
如果设备10能够进行双向通信，则该设备可以结合通信子系统11，该通信子系统11包括接收机12、发射机14、以及相关部件，例如一个或多个天线元件16和18(优选地，嵌入或内置)、本地振荡器(LO)13、以及处理模块，例如数字信号处理器(DSP)20。通信子系统11的具体设计取决于该设备将要在其中进行操作的通信网络。例如，设备10可以包括设计用于在MobitexTM移动通信系统、DataTACTM移动通信系统、通用分组无线服务(GPRS)通信子系统、CDMA通信系统、以及iDEN通信系统中工作的通信子系统11。
网络接入需求还可以随网络19的类型改变。例如，在MobitexTM和DataTACTM网络中，移动设备使用与每个设备相关联的唯一个人标识号或PIN注册到网络上。然而，在GPRS网络中，网络接入与设备10的订户或用户相关联。因此，GPRS设备需要订户身份模块(通常称作SIM卡)，以便在GPRS网络上工作。没有SIM，GPRS设备的功能不完整。本地或非网络通信功能(如果有的话)可能是可操作的，但是设备10可能不能够执行涉及到在网络19上进行通信的功能。当所需的网络注册或激活过程完成时，设备10可以通过网络19发送和接收通信信号。由天线16通过通信网络19接收到的信号输入到接收机12，该接收机12可以执行一般的接收机功能，例如信号放大、下变频、滤波、信道选择以及模数转换。接收信号的模数转换允许在DSP 20中执行复杂的通信功能，例如解调和解码。以类似方式，处理要发送的信号(包括例如由DSP 20进行调制和编码)，并且将其输入到发射机14，以便进行数模转换、上变频、滤波、放大、以及通过天线18在通信网络19上传输。
DSP 20不仅处理通信信号，还提供接收机和发射机控制。例如，通过DSP 20中所实现的自动增益控制算法，可以自适应地控制接收机12和发射机14中对通信信号所施加的增益。
设备10优选地包括控制该设备整体操作的微处理器38。通过通信子系统11执行通信功能(包括数据和语音通信中至少一种)。微处理器38还与其他的设备子系统相互作用，这些其他子系统例如显示器22、闪存24、随机存取存储器(RAM)26、辅助输入/输出(I/O)子系统28、串行端口30、键盘32、扬声器34、麦克风36、短距离通信子系统40以及总体表示为42的其他设备子系统。
图2所示的某些子系统执行通信相关功能，而其他子系统可以提供“驻留”或设备内置功能。某些子系统(例如，键盘32和显示器22)可以用于通信相关功能(例如，输入用于通过通信网络传输的文字消息)以及设备驻留功能(例如，计算器或任务列表)。
微处理器38所使用的操作系统软件可以存储在永久存储装置中，例如闪存24，也可以是只读存储器(ROM)或类似存储元件。下述的放电曲线、充电曲线和过渡阶段电池组容量模型可以预先存储在存储器24中。操作系统、具体的设备应用程序、或它们的一部分可以临时加载到易失性存储器中，例如RAM 26。接收到的通信信号也可以存储在RAM 26中。
除了操作系统功能之外，微处理器38还能够在设备上执行软件应用程序。通常在制造时在设备10上安装预定的一组控制基本设备操作的应用软件(例如，至少包括数据和语音通信应用程序)。可以加载到设备上的一个示例应用程序是个人信息管理器(PIM)应用程序，该应用程序能够组织并管理涉及设备用户的数据项，例如但不限于电子邮件、日历事件、语音邮件、约会、以及任务项。在设备上可获得一个或多个存储器存储，有助于在设备上存储PIM数据项。这种PIM应用程序可以具有通过无线网络发送和接收数据项的能力。通过无线网络，可以将PIM数据项与所存储的或者与主机系统相关联的设备用户的相应数据项无缝整合、同步及更新，由此在移动设备上创建至少关于数据项的镜像主机。这在主机系统是移动设备用户的办公室计算机系统的情形中尤其有利。其他应用程序也可以通过网络19、辅助I/O子系统28、串行端口30、短距离通信子系统40或任何其他合适的子系统42加载到设备10，并且由用户安装在RAM 26或非易失性存储装置中，以便由微处理器38执行。这种应用程序安装的灵活性增加了设备的功能，并且可以提供增强的设备内置功能、通信相关功能、或这两者。例如，安全通信应用程序可以实现使用设备10执行的电子商务功能以及其他金融交易。
在数据通信模式中，接收到的信号(例如，文字消息或下载的web页面)由通信子系统11处理，并且输入到微处理器38，微处理器38可以进一步处理接收到的信号，以便输出到显示器22，或者输出到辅助I/O设备28。设备10的用户还可以使用键盘32(可以是完整的字母数字键盘或电话类型小键盘)结合显示器22并且可能结合辅助I/O设备28，来撰写数据项(例如，电子邮件消息)。然后，可以通过通信子系统11将所撰写的数据项在通信网络上传输。
对于语音通信，设备10的整体操作基本上相似，除了接收到的信号可以输出到扬声器34并且可以基于通过麦克风36接收到的输入来生成发送的信号。还可以在设备10上实现可选的语音或音频I/O子系统(例如语音消息记录子系统)。虽然语音或音频信号输出可以主要通过扬声器34来完成，但是显示器22例如也可以用来提供呼叫方的身份标识、语音呼叫的持续时间、或者其他语音呼叫相关信息。
图2中的串行端口30可以实现在个人数字助理(PDA)类型通信设备中，对于这种通信设备，希望与用户的台式计算机同步。串行端口30可以使用户能够通过外部设备或软件应用程序来设置偏好，并且提供了除了通过无线通信网络之外向设备10的信息或软件下载，由此扩展了设备的能力。该可选下载路径例如可以用来通过直接并且因此可靠且安全的连接来向设备10上下载加密密钥，由此实现安全的设备通信。
短距离通信子系统40可以用来提供设备10与其他系统或设备(不必是类似设备)之间的通信。例如，子系统40可以包括红外设备及相关电路和部件或者蓝牙TM通信模块，以提供与具有类似功能的系统和设备的通信。
充电子系统44可以用来向设备10和其他子系统或设备提供电力。例如，充电子系统44可以确定可拆卸电源设备46以及相关链路(例如，AC适配器、USB电缆、或汽车适配器)的存在，以向设备提供电力并且对电池组48充电。另外，充电子系统44可以确定电源设备46不存在，并且因此从电池组48获得用于设备10的电力。一般而言，当电源设备46与充电子系统44断开并且电池组48单独对设备10供电时，电池组48被称作处于放电状态。相反，当电源设备46连接到充电子系统44并且对设备10供电并且充电子系统44对电池组48充电时，电池组48被称作处于充电状态。实际上，在电池组48从充电状态进入放电状态之前存在从充电到放电的过渡阶段，并且在电池组48从放电状态进入充电状态之前存在从放电到充电的过渡阶段。本申请描述了用于在过渡阶段期间报告电池组(例如，电池组48)容量的示例系统和方法。
所报告的电池组容量是数个因素的函数，这些因素包括电池组电压、电池组充电电流等。使用例如图1所示的那些充电曲线来建立电池组电压、电池组充电电流与电池组容量之间的关系的模型。因此，在详细描述所述方法和系统的实施例之前，先对几个概念进行更明确的定义。
在本说明书和所附权利要求中所使用的“电池组电压”定义为电池组正接线端与负接线端之间的电压差。
在本说明书和所附权利要求中所使用的“电池组充电电流”定义为流入电池组中的电流。电池组充电电流可以取正负值，正值意味着电流正被送入电池组中，而负值意味着电流从电池组中流出。
在本说明书和所附权利要求中所使用的“电池组状态”是与正的电池组充电电流值相对应的充电状态以及与负的电池组充电电流值相对应的放电状态之一。放电曲线模型或充电曲线模型定义为电池组电压、电池组充电电流与容量之间的关系，从而给定电池组电压和电池组充电电流，可以通过应用容量曲线模型，确定容量。
当电池组充电电流方向或电池组充电电流值的符号发生改变时，例如，如果从电流流入电池组改变为电流流出电池组或者从正的电流值改变为负的电流值，则确定电池组从充电状态进入过渡阶段；如果从电流流出电池组改变为电流流入电池组或者从负的电流值改变为正的电流值，则确定电池组从放电状态进入过渡阶段。或者，如图2所示，通过监视电池组的电源连接器，当存在从0V到预定电压值的电压突变时，确定电池组48进入从放电到充电的过渡阶段。当存在从预定电压值到0V的电压突变时，确定电池组48进入从充电到放电的过渡阶段。应该理解，存在多种方法来确定电池组是否处于过渡阶段或处于充电状态或放电状态。
参考图1和2，所述示例方法可以使用系统(例如，图2中的系统10，包括充电子系统44)来帮助确定电池组电压110和电池组容量120的值。充电电流可以用来确定状态并选择曲线模型130、140之一。充电子系统44可能能够执行数种操作，例如恒流充电操作和恒压充电操作。
图3图示了用于报告电池组容量的示例方法。在步骤305，提供电池组标识(ID)以标识电池组的类型。在步骤310，提供与电池组ID相对应的放电曲线模型(例如，140)。在步骤320，提供与电池组ID相对应的充电曲线模型(例如，130)。在步骤330，对电池组ID，提供与从放电到充电的过渡阶段P1相对应的过渡阶段电池组容量模型F1以及与从充电到放电的过渡阶段P2相对应的过渡阶段电池组容量模型F2，以便在过渡阶段P1和P2期间报告电池组容量。定义并提供过渡阶段P1和P2。模型F1和F2可以具有从简单到复杂的多种形式。越复杂的模型可以越精确地报告容量，以较高的计算复杂度换取较小的误差。模型F1和F2可以具有不同或相同的形式。
模型F1和F2可以通过实验确定。利用电池组电压改变量，或者利用从充电或放电状态发生改变的时刻开始(即，从电池组连接到电源或电池组从电源断开的时刻开始)的时间改变量，来定义从放电到充电的过渡阶段P1以及从充电到放电的过渡阶段P2。过渡阶段在所定义的过渡阶段之后被视为结束。例如，如果电池组电压改变量用来定义过渡阶段，则电源改变量的范围可以从0.05V到0.3V。类似地，时间改变量用来定义过渡阶段，则当系统处于待机模式时，时间改变量的范围可以从0.5小时到3小时。或者，如果根据与从放电到充电的过渡阶段相对应的过渡阶段电池组容量模型F1所确定的电池组容量与根据充电曲线模型所确定的电池组容量相同，则从放电到充电的过渡阶段视为结束。类似地，如果根据与从充电到放电的过渡阶段相对应的过渡阶段电池组容量模型F2所确定的电池组容量与根据放电曲线模型所确定的电池组容量相同，则从充电到放电的过渡阶段视为结束。
在过渡阶段之后，电池组进入充电状态或放电状态。在过渡阶段期间对容量曲线建模的标准是使它们接近实际测量的容量曲线，从而最小化容量报告误差。与过渡阶段P1相对应的过渡阶段电池组容量模型以及与过渡阶段P2相对应的过渡阶段电池组容量模型可以由两个函数来描述。可以基于图1的放电曲线模型140和充电曲线模型130，来确定过渡阶段电池组容量函数，如下面参考图4所述。
在步骤340，提供电池组电压，以便随后确定电池组容量。在步骤350，提供电池组电流。通过检测电池组电流的方向改变或电流值的符号改变，可以确定电池组是否处于过渡阶段、放电阶段或充电阶段。在步骤355，测量电池组温度。在步骤360，应用与过渡阶段P1相对应的过渡阶段电池组容量模型或者与过渡阶段P2相对应的过渡阶段电池组容量模型，以便基于电池组电压确定电池组容量。下面参考图6详细描述步骤360。
图4图示了用于报告在从放电到充电的过渡阶段中的电池组容量的示例过渡阶段电池组容量模型曲线。在该示例中，利用过渡阶段电池组容量函数来描述过渡阶段电池组容量模型。
在图4中，假设电池组48最初在放电140并且电压110为3.75V(对应于点442)。因此，确定37％的容量。接着，电池组进入充电阶段，例如，如果在电池组正在使用时连接图2的电源46。
通过直接从初始放电曲线映射，已经放电并且读取电压为3.75V的电池组被确定为37％充满。如果在此时插上电源46，则根据与充电状态相对应的新充电曲线模型130上3.75V所在的点，电池组的容量将被错误地确定为10％充满。如果直接报告该值，则用户将看到错误的容量。实际上，电池组需要一些时间来到达充电曲线模型130；即，存在从放电到充电的过渡阶段P1。在从放电到充电的过渡阶段P1期间所测得的容量与电压之间的关系曲线440开始于与放电曲线140相对应的点442，并且终止于与充电曲线模型130相对应的点434。预先确定与从放电到充电的过渡阶段P1相对应的过渡阶段电池组容量函数F1，以便在过渡阶段P1期间报告电池组容量，并且所确定的函数F1曲线450接近所测量的关系曲线440。过渡阶段电池组容量函数F1曲线450开始于点442，并且终止于点432。从图4可以看到，曲线450紧密地匹配所测量的关系曲线440的行为，从而容量差异在6％以内。可以使用多种过渡阶段电池组容量函数F1，只要容量报告误差小于测量误差6％。更复杂的函数可以得到更精确的电池组容量值以及更小的容量报告误差(例如，2％、1％或更小)。下面的描述关于基于放电曲线和充电曲线的示例过渡阶段电池组容量函数F1。
为了创建与从放电状态到充电状态的过渡阶段P1相对应的过渡阶段容量函数F1，通过测量确定实际的过渡阶段曲线，然后确定其曲线接近实际过渡阶段曲线的函数，作为从放电状态到充电状态的过渡阶段P1的函数F1。模型F1可以具有不同的复杂度。越复杂的模型可以越精确地报告容量，以更高的计算复杂度来换取更低的误差。
与从放电状态到充电状态的过渡阶段P1相对应的过渡阶段电池组容量函数F1可以用如下的公式表达：
F1(V)＝(1-a)×F放电(V)+a×F充电(V)，其中a＝(V-V开始)/ΔV，其中
V是过渡阶段P1期间的电压值110，并且
ΔV定义了过渡阶段P1，这是过渡阶段P1中结束电压与开始电压之间的电池组电压改变量；即，ΔV＝V结束-V开始，其中V开始是过渡阶段P1开始时的电池组电压，并且V结束是过渡阶段P1结束时的电池组电压。在该示例中，ΔV是常数，例如，ΔV＝0.2伏特。
F放电(V)对应于放电曲线模型140。它是电池组电压的函数，并且提供与电池组电压相对应的电池组容量。
F充电(V)对应于充电曲线模型130，它是电池组电压的函数，并且提供与电池组电压相对应的电池组容量。根据过渡阶段电池组容量函数F1，可以计算与过渡阶段P1相对应的电池组容量。如图4所示，容量报告误差几乎在6％容量以内。
图5图示了用于报告从放电状态到充电状态的过渡阶段中电池组容量的过渡阶段电池组容量模型的示例。在该示例中，利用过渡阶段电池组容量函数来描述过渡阶段电池组容量模型。
在图5中，假设电池组48沿着曲线130被充电到3.97V的电压(对应于点542)。因此，确定65％的容量。接着，当拔掉电源时，电池组进入放电状态，例如，如果在图2的电源46正在对电池组48充电时将其断开。
通过使用充电曲线130直接映射，已经充电并且读取电压为3.97V的电池组被确定为65％充满。如果在此时拔掉电源46，则根据与放电状态相对应的放电曲线模型140上3.97V所在的位置，电池组的容量可能被错误地确定为81％充满。如果直接报告该值，则用户将看到错误的容量，在拔掉电源时电池组容量跳动。实际上，电池组需要一些时间来到达放电曲线模型140；即，存在从充电状态到放电状态的过渡阶段P2。在过渡阶段P2期间所测量的容量曲线540开始于充电曲线模型130上的点542，并且终止于放电曲线模型140上的点534。确定与从充电到放电的过渡阶段P2相对应的过渡阶段电池组容量函数F2，以便在过渡阶段P2中报告电池组容量，并且接近所测量的曲线540。将所确定的函数F2曲线550用来报告电池组容量，并且对应于开始于点542且终止于点532的示例过渡阶段电池组容量函数F2曲线。从图5可以看到，函数曲线550非常靠近测量曲线540。实际上，容量差异误差可以落在2％以内。可以提供多种过渡阶段电池组容量函数F2，从而容量报告误差可以小于所测量的2％。越复杂的函数可以越精确地报告容量，但以更高的计算复杂度为代价。利用复杂的过渡阶段电池组容量函数F2，可最小化容量误差。为了创建与从充电状态到放电状态的过渡阶段P2相对应的函数F2，通过测量确定实际的过渡阶段曲线，然后确定模仿实际过渡阶段曲线行为的函数，作为过渡阶段P2中的函数F2。可以确定多种过渡阶段电池组容量函数F2，并且用来报告电池组容量。
在一个示例中，F2(V)＝F放电(V)×SQRT((V开始-V)/ΔV)+F充电(V)×(1-SQRT((V开始-V)/ΔV))，
其中V是从充电状态到放电状态的过渡阶段P2期间的电压值110。
F放电(V)对应于放电曲线模型140。它是电压V的函数。它提供与电池组电压相对应的电池组容量。
F充电(V)对应于充电曲线模型130。它是电压V的函数，并且提供与电池组电压相对应的电池组容量。
ΔV＝V开始-V结束，其中ΔV定义了过渡阶段P2，这是过渡阶段P2中开始电压与结束电压之间的电池组电压改变量；V开始是过渡阶段P2开始时的电池组电压，并且V结束是过渡阶段P2结束时的电池组电压。在该示例中，ΔV是常数，例如，ΔV＝0.15V。
基于过渡阶段电池组容量函数F2，可以计算与过渡阶段P2相对应的电池组容量。如图5所示，容量报告误差在2％之内。如果使用其他函数，容量报告误差可以极大地减小到2％以下。
上述过渡阶段电池组容量函数提供了示例用于进行说明。然而，应该理解，可以使用许多线性或非线性函数。如果使用更复杂的函数，则容量报告将更精确。过渡阶段电池组容量函数可以是数个因素(包括电池组电压、电池组充电曲线、以及电池组放电曲线)的函数。该函数还可以是时间的函数。当利用时间改变量来定义过渡阶段时，过渡阶段电池组容量可以是时间、充电曲线和放电曲线的函数。
在一个示例中，提供多个充电曲线模型、放电曲线模型和过渡阶段电池组容量模型(每一个都具有唯一的电池组ID)。基于电池组ID，选择用于确定电池组容量的充电曲线模型、放电曲线模型或过渡阶段电池组容量模型。
在另一个示例中，提供了多个充电曲线模型130、放电曲线模型140和过渡阶段电池组容量模型(其中每个模型涉及一个电池组ID)以及电池组工作温度或温度范围。例如，可以对诸如-20℃、-15℃、-5℃、5℃、15℃、25℃、35℃、45℃的电池组工作温度和/或-20℃到-10℃、-10℃到0℃、0℃到10℃、10到20℃、20℃到30℃、30℃到40℃和/或40℃到50℃的电池组工作温度范围提供模型。例如从-20℃到50℃的温度范围可以被划分为区间。例如，可以使用5℃或更小的区间尺寸。或者，可以不均等地划分温度范围。选择与当前电池组工作温度最接近的温度相对应的充电曲线模型、放电曲线模型或过渡阶段模型，并且用来报告电池组容量。或者，可以选择与包括当前电池组工作温度(例如，24℃)在内的温度范围(例如，20℃到30℃)相对应的充电曲线模型、放电曲线模型或过渡阶段电池组容量模型，并且用来报告电池组容量。
上述过渡阶段电池组容量模型可以是线性或非线性函数。
在另一示例中，不是如上面那样提供多个模型，而是可以提供与参考温度或参考温度范围相对应的放电模型、充电模型、从充电到放电的过渡阶段模型、以及从放电到充电的过渡阶段模型，并且设置为参考模型。参考温度可以是具体的温度，例如22℃，并且参考温度范围可以是具体的温度范围，例如20℃到25℃。预先确定多个电池组容量偏移(其中每个偏移对应于一个电池组ID和一个温度范围或温度)，以便补偿所确定的电池组容量。如果当前电池组工作温度是参考温度或在参考温度范围之内，则不需要温度补偿；即，应用0电池组容量偏移。否则，向根据参考模型报告的电池组容量应用相应的温度偏移。例如，当电池组工作温度是30℃时，向根据与参考范围(例如，20℃到25℃)相对应的参考模型获得的电池组容量应用电池组容量偏移1％。
图6是图示了根据图4和图5的过渡阶段电池组容量函数来执行图3的步骤360的示例方法的流程图。
在步骤630，确定电池组正在充电或放电。例如，如果确定了电池组充电电流，则可以从充电电流的正负得到状态。在步骤630，如果确定电池组正在充电，则处理继续前进到步骤620。在步骤620，充电子系统44确定是否在对电池组48充电时拔掉了电源46，例如，通过检验电池组电流的方向或正负改变。应该理解，可以实现多种方法来确定电池组是否进入过渡阶段。如果拔掉了电源46，则电池组48进入从充电到放电的过渡阶段P2，然后在步骤622，例如根据电池组ID，选择与过渡阶段P2相对应的提供最小化电池组容量误差的过渡阶段电池组容量模型F2。或者，可以根据容量报告误差和计算复杂度的需求，选择不同的过渡阶段电池组容量模型F2。在步骤624，读取电池组电压，并且处理前进到步骤626。在步骤626，根据在步骤622处选择的电池组容量模型F2以及在步骤624处获得的电池组电压，确定电池组容量，例如，通过计算所选择的电池组容量模型或查找与选择的电池组容量模型相对应的表。可以预先确定多个表(其中每个表对应于一个过渡阶段电池组容量模型)，并且预先存储在存储器24中。在步骤627，确定是否连接电源46。如果连接，则电池组进入另一过渡阶段，并且处理前进到步骤612，并开始随后的步骤。如果没有连接，则处理前进到步骤628，其中确定过渡阶段P2是否结束。例如，如果电池组电压改变量(例如，0.2V)用来定义过渡阶段，则当电池组电压从过渡阶段开始改变了电池组电压改变量(例如，0.2V)时，确定过渡阶段结束。如果时间改变量(例如，0.5小时)用来定义过渡阶段，则当从过渡阶段开始时间改变了时间改变量(例如，0.5小时)时，确定过渡阶段结束。如果过渡阶段P2没有结束，则处理返回步骤624，以读取下一电压，以便确定下一电池组容量。
如果过渡阶段P2结束，则进行步骤638，其中选择放电曲线模型140，并且在步骤639读取电池组电压。在步骤640，通过检查放电曲线模型来确定电池组容量，例如，通过查找预先存储的与放电曲线模型相对应的表。如果在步骤620中对电池组充电时没有断开电源46，则电池组48不处于过渡阶段，于是，处理继续前进到步骤634，其中选择充电曲线模型，并且在步骤635读取电池组电压。在步骤636，应用充电曲线模型，以便基于所读取的电池组电压确定电池组容量，然后处理返回步骤630以确定下一电池组容量。
在步骤630，如果确定没有对电池组充电，则处理继续前进到步骤610。在步骤610，充电子系统44确定在电池组48放电时电源46是否连接到电池组48。例如，通过检验电池组电流的方向或正负的改变，充电子系统44可以确定是否连接了电源46。应该理解，可以使用多种方法来确定电池组是否进入充电状态。如果在步骤610中回答是“是”，则电池组48进入从放电到充电的过渡阶段P1，并且处理前进到步骤612。在步骤612，例如，根据电池组ID，选择与过渡阶段P1相对应的提供最小化电池组容量误差的过渡阶段电池组容量函数F1。或者，根据容量报告误差和计算复杂度的需求，可以选择不同的过渡阶段电池组容量函数F1。
在步骤614，读取电池组电压值，并且处理前进到步骤616。在步骤616，根据在步骤612中选择的电池组容量模型F2以及在步骤614中的电池组电压，确定电池组容量，例如，通过计算所选择的电池组容量模型或者查找与所选择的电池组容量模型相对应的表。可以预先确定多个表(其中每个表对应于一个过渡阶段电池组容量模型)，并且预先存储在存储器24中。在步骤617，确定是否断开电源46。如果断开，则电池组进入另一过渡阶段，并且处理前进到步骤622，并且开始随后的步骤。如果没有断开，则处理前进到步骤618。在步骤618，确定过渡阶段P1是否结束。如果没有结束，则处理返回步骤614，其中获得下一电池组电压，以便确定最近的电池组容量。
如果过渡阶段P1结束，则进行步骤634，其中选择充电曲线模型130，并且在步骤635读取电池组电压。在步骤636，通过检查充电曲线模型确定电池组容量，例如，通过查找预先存储的与充电曲线模型相对应的表，然后过程前进到步骤630，以确定下一电池组容量。
相反，如果在步骤610中确定在电池组48放电时电源46没有连接到电池组48，则处理前进到步骤638，其中选择放电曲线模型。在步骤639，读取电池组电压。在步骤640，使用放电曲线模型，以便基于所读取的电池组电压来查找电池组容量，然后处理返回步骤630，以确定下一电池组容量。
可以在存储器24中存储上述放电曲线模型、充电曲线模型和过渡阶段电池组容量模型，作为将电池组电压、电池组状态和电池组容量相互关联起来的查找表。通过根据电池组电压和电池组状态对表进行查找，可以确定电池组容量。
或者，可以由微处理器38使用存储器24中存储的代码，现场计算充电曲线、放电曲线和过渡阶段模型。
在另一示例中，提供多个过渡阶段电池组容量模型(其中每个模型对应于预定的温度范围)，以便最小化电池组容量误差。在步骤612，根据当前电池组工作温度，通过确定当前电池组工作温度落在预定温度范围内，从多个过渡阶段电池组容量模型中选择与过渡阶段P1相对应的过渡阶段电池组容量模型F1。在步骤622、634和638中使用与上面相似的处理。
在另一示例中，提供多个过渡阶段电池组容量模型(其中每个模型对应于预定的电池组工作温度)，以更精确地报告电池组容量。在步骤612，根据当前电池组工作温度，通过确定当前电池组工作温度最接近的预定温度，从多个过渡阶段电池组容量模型中选择与过渡阶段P1相对应的过渡阶段电池组容量模型F1。所选择的过渡阶段电池组容量模型具有与当前电池组工作温度最接近的预定温度。在步骤622、634和638中使用与上面相似的处理。
在另一示例中，提供多个电池组容量偏移，其中每个偏移对应于一个电池组工作温度范围。根据当前电池组工作温度，通过确定当前电池组工作温度是否落在具有电池组容量偏移的预定温度范围内，紧接着步骤616之后，基于电池组容量偏移，补偿所计算出的电池组容量。类似地，紧接着步骤626、636和640之后，应用与上面相似的处理。
在另一示例中，提供多个电池组容量偏移，其中每个偏移对应于一个电池组工作温度。根据当前电池组工作温度，通过确定当前电池组工作温度是否是具有电池组容量偏移的预定温度或当前电池组工作温度是否最接近具有电池组容量偏移的预定温度，紧接着步骤616之后，基于电池组容量偏移，补偿所计算出的电池组容量。类似地，紧接着步骤626、636和640之后，应用与上面相似的处理。
当电池组处于从放电到充电的过渡阶段P1或者从充电到放电的过渡阶段P2时，如果电池组充电状态再次改变，则电池组可能进入另一过渡阶段。例如，当电池组正在放电时连接到电源时，其进入从放电到充电的过渡阶段P1。如果在过渡阶段P1期间从电源断开电池组，则电池组进入第三过渡阶段P11。可以使用第三过渡阶段模型F11来确定电池组容量。类似地，当电池组正在充电时从电源断开时，其进入从充电到放电的过渡阶段P2。如果在过渡阶段P2中电池组连接到电源，则电池组进入第四过渡阶段P21。可以使用第四过渡阶段模型F21来确定电池组容量。F11和F1可以是相同的函数。类似地，F21和F2可以是相同的函数。
上述方法可以实现为充电子系统44的实施例。该系统可以包括过渡阶段确定电路(可操作地连接到电池组，用于确定电池组是否处于过渡阶段)以及电池组容量确定电路(可操作地连接到过渡阶段确定电路，用于基于其中电池组处于过渡阶段的过渡阶段电池组容量模型，来确定电池组容量)。该系统还包括电池组ID确定电路(可操作地连接到电池组，用于确定电池组ID)、用于基于电池组ID从多个过渡阶段电池组容量模型中选择过渡阶段电池组容量模型的电路、以及电压读取电路(可操作地连接到电池组，用于确定电池组电压)。该系统还包括状态确定电路(可操作地连接到电池组，用于在电池组不处于过渡阶段时确定电池组的状态)。电池组容量确定电路通过检查状态曲线模型(将电压、状态和容量相互关联起来)，基于所确定的充电状态，来确定电池组容量。所述状态包括充电状态和放电状态。状态曲线模型包括与充电状态相对应的充电状态曲线模型以及与放电状态相对应的放电状态曲线模型。
该书面说明书使用示例来公开本发明(包括最佳实施方式)，并且使本领域的技术人员能够制造并使用本发明。本发明的可专利范围可以包括本领域技术人员想到的其他示例。

Claims (31)

1.一种方法，包括：
根据流经电池组的电流的方向变化，确定电池组已经进入过渡阶段；
响应于所述电池组处于所述过渡阶段的确定结果，根据基于容量对电压的过渡阶段电池组容量模型，确定所述电池组的容量；以及
根据所述过渡阶段电池组容量模型与基于容量对电压的非过渡阶段电池组容量模型针对给定的电池组测量电压产生相同的容量值，确定所述过渡阶段结束。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
根据从所述过渡阶段开始已经过去了预定的时间段，确定所述过渡阶段结束。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括：
根据所述电池组的电压已经改变了预定的电压值，确定所述过渡阶段结束。
4.一种手持设备，配置用于执行根据权利要求1所述的方法。
5.一种方法，包括：
监测配置用于对电池组进行充电的电源的输出电压；
根据检测到所述输出电压的突变，确定所述电池组已经进入过渡阶段；以及
响应于所述电池组处于所述过渡阶段的确定结果，根据过渡阶段电池组容量模型，确定所述电池组的容量，
其中所述过渡阶段电池组容量模型是根据非过渡阶段电池组容量充电模型和非过渡阶段电池组容量放电模型确定的，所有这三个模型均将所述电池组的容量限定为所述电池组的电压的函数。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述突变是从0V到预定电压值或者从预定电压值到0V。
7.一种方法，包括
确定电池组已经进入了由流经所述电池组的电流的方向变化作为开始的过渡阶段；
响应于所述电池组处于所述过渡阶段的确定结果，根据过渡阶段电池组容量模型，确定所述电池组的容量；
根据从所述过渡阶段开始已经过去了预定的时间段，确定所述过渡阶段已经结束，
其中所述过渡阶段电池组容量模型是根据非过渡阶段电池组容量充电模型和非过渡阶段电池组容量放电模型确定的，所有这三个模型均将所述电池组的容量限定为所述电池组的电压的函数。
8.一种方法，包括
确定电池组已经进入了由流经所述电池组的电流的方向变化作为开始的过渡阶段；
响应于所述电池组处于所述过渡阶段的确定结果，根据过渡阶段电池组容量模型，确定所述电池组的容量；
根据所述电池组的电压已经从所述过渡阶段开始时的电压改变了预定的电压值，确定所述过渡阶段已经结束，
其中所述过渡阶段电池组容量模型是根据非过渡阶段电池组容量充电模型和非过渡阶段电池组容量放电模型确定的，所有这三个模型均将所述电池组的容量限定为所述电池组的电压的函数。
9.一种方法，包括
确定电池组已经进入了由流经所述电池组的电流的方向变化作为开始的过渡阶段；
测量所述电池组的电压；以及
根据基于容量对电压的过渡阶段电池组容量模型与基于容量对电压的非过渡阶段电池组容量模型针对所测量到的电压产生相同的容量值，确定所述过渡阶段结束。
10.一种方法，包括：
根据非过渡阶段电池组容量充电模型和非过渡阶段电池组容量放电模型，确定过渡阶段电池组容量模型，其中所有这三个模型均将所述电池组的容量限定为所述电池组的电压的函数，以及所述过渡阶段电池组容量模型针对每一给定电压的容量值是根据由所述非过渡阶段电池组容量充电模型和所述非过渡阶段电池组容量放电模型针对所述给定电压而得到的两个容量值的加权平均计算得出的；以及
使用所述过渡阶段电池组容量模型来确定电池组的容量。
11.根据权利要求10所述的方法，其中用于加权平均的加权因子基于(V-V开始)/(V结束-V开始)，其中V是所述给定电压，以及V开始和V结束分别是所述过渡阶段开始和结束时所测量到的电池组电压。
12.根据权利要求10所述的方法，其中所述过渡阶段电池组容量模型的每一容量值是根据加权平均和基于电池组温度的偏移值计算得出的。
13.一种方法，包括：
监测用于对电池组进行充电的电源连接器的电压；
根据检测到所述电压的突变，确定所述电池组已经进入过渡阶段；以及
响应于所述电池组处于所述过渡阶段的确定结果，根据将所述电池组的容量限定为所述电池组的电压的函数的过渡阶段电池组容量模型，确定所述电池组的容量。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述确定步骤包括：
根据检测到所述连接器电压的突升，确定所述电池组已经进入从放电到充电的过渡阶段。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述确定步骤包括：
根据检测到所述连接器电压的突降，确定所述电池组已经进入从充电到放电的过渡阶段。
16.根据权利要求13所述的方法，其中所述突变是从0V到预定电压值或者从预定电压值到0V。
17.根据权利要求13所述的方法，还包括：
根据从所述过渡阶段开始已经过去了预定的时间段，确定所述过渡阶段已经结束。
18.根据权利要求13所述的方法，还包括：
根据所述电池组的电压已经从所述过渡阶段开始时所述电池组的电压改变了预定的电压值，确定所述过渡阶段已经结束。
19.根据权利要求13所述的方法，还包括：
根据非过渡阶段电池组容量充电模型和非过渡阶段电池组容量放电模型，确定所述过渡阶段电池组容量模型，其中所有这三个模型均将所述电池组的容量限定为所述电池组的电压的函数。
20.一种手持设备，配置用于执行根据权利要求13所述的方法。
21.一种方法，包括：
确定电池组已经进入了由流经所述电池组的电流的方向变化作为开始的过渡阶段；
响应于所述电池组处于所述过渡阶段的确定结果，根据将所述电池组的容量限定为所述电池组的电压的函数的过渡阶段电池组容量模型，确定所述电池组的容量；以及
根据从所述过渡阶段开始已经过去了预定的时间段，确定所述过渡阶段已经结束。
22.根据权利要求21所述的方法，还包括：
响应于所述过渡阶段结束的确定结果，停止根据所述过渡阶段电池组容量模型进行容量确定。
23.根据权利要求21所述的方法，还包括：
响应于所述过渡阶段结束的确定结果，根据非过渡阶段电池组容量模型，确定所述电池组的容量。
24.一种手持设备，配置用于执行根据权利要求21所述的方法。
25.一种方法，包括：
确定电池组已经进入了由流经所述电池组的电流的方向变化作为开始的过渡阶段；
响应于所述电池组处于所述过渡阶段的确定结果，根据将所述电池组的容量限定为所述电池组的电压的函数的过渡阶段电池组容量模型，确定所述电池组的容量；以及
根据所述电池组的电压已经从所述过渡阶段开始时所述电池组的电压改变了预定的电压值，确定所述过渡阶段已经结束。
26.根据权利要求25所述的方法，还包括：
响应于所述过渡阶段结束的确定结果，停止根据所述过渡阶段电池组容量模型进行容量确定。
27.根据权利要求25所述的方法，还包括：
响应于所述过渡阶段结束的确定结果，根据非过渡阶段电池组容量模型，确定所述电池组的容量。
28.一种手持设备，配置用于执行根据权利要求25所述的方法。
29.一种方法，包括：
作为非过渡阶段电池组容量充电模型和非过渡阶段电池组容量放电模型的函数，确定过渡阶段电池组容量模型，其中所有这三个模型均将电池组的容量限定为电池组的电压的函数。
30.根据权利要求29所述的方法，其中所述过渡阶段电池组容量模型针对每一给定电压的容量值是由所述非过渡阶段电池组容量充电模型和所述非过渡阶段电池组容量放电模型针对所述给定电压而得到的两个容量值的函数。
31.根据权利要求29所述的方法，还包括：
使用所述过渡阶段电池组容量模型来确定电池组的容量。
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