CN101581767B - 测量电池剩余电荷的方法及单芯片系统 - Google Patents

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Abstract

本发明揭露一种测量电池剩余电荷的方法及单芯片系统。其中单芯片系统用于评估电池的剩余电荷，其中电池用于对单芯片系统供电。单芯片系统包含：电量管理单元、存储单元及控制单元。电量管理单元，用于从电池接收多个信号，并输出对应这些信号的多个参数；存储单元，耦接至电量管理单元，用于储存这些参数；控制单元，耦接至存储单元，当单芯片系统从休眠模式而激活时，控制单元依据来自存储单元的这些参数计算剩余电荷。实施本发明揭示的测量电池剩余电荷的方法及单芯片系统可有效降低电路成本。

Description

测量电池剩余电荷的方法及单芯片系统
技术领域
本发明涉及电池电量测量技术，特别是关于对便携式装置的电池电量测量的方法及相关系统。
背景技术
随着市场上便携式装置数量的增多以及携式装置的多元化地、繁荣地发展，测量电池电量已成为必要的问题。依据现有技术的相关方法，简单地测量一电池的输出电压是广泛应用于各种执行电池电量测量的便携式装置。因为现有技术的相关方法建议简单地测量电池的输出电压而确实节约了成本。然而存在低精确度的问题，对便携式装置的用户带来了极大的不便。
为了解决以上技术问题，另一现有技术的相关方法被提出，即使用一具有内置特定电路的高成本电池。另外，由于高成本电池与传统电池间的巨大差异，便携式装置的诸多对应的成本(如：设计，材料及劳动力成本)均相应增加。因此，由于高成本电池，实施依据此现有技术的相关方法的便携式装置将使用户承担高昂的总成本。因此，当包括高成本电池的便携式装置投放市场时，其中高成本电池的价格必然不能得到许多终端用户的青睐。所以，不论便携式装置是何等地有用或强大，由于其高价格并不能吸引多数的用户，此类便携式装置只能提供给较少比率的潜在终端用户。
进一步提出的又一现有技术的相关方法以如图1所示的电池量表集成电路(Integrated Circuit，IC)20实施上述的内置特定电路。请注意电池量表(batterygauge)集成电路20是通过多个端(如：PACK+端、T端及PACK-端)耦接至单节锂电池组10，并耦接至以至少一集成电路实施的系统30，其中电阻器Rsense是高精度电阻器，用于感测单节锂电池组10的输出电流。
实施图1所示的电路结构，依据此现有技术的方法，通常需要两个额外的集成电路，因而也增加了实施包含电池量表集成电路20的便携式装置的额外成本。如图1所示，通常至少需要4个集成电路，如：电池量表集成电路20、系统30、电池量表集成电路20所使用的电可擦写可编程只读存储器(ElectricallyErasable Programmable Read Only Memory，以下简称EEPROM)40及系统30所使用的外部存储器50。对于大多数制造商而言，由于电池量表集成电路20的成本通常很高，则包含电池量表集成电路20的便携式装置的价格对于终端用户来说也很高。同样地，不论便携式装置是何等地有用或强大，由于其高价格并不能吸引多数的用户，此类便携式装置只能提供较少比率的潜在终端用户。
依据另一现有技术的相关方法，此方法提议实施一电池量表集成电路，并将EEPROM内置于其中，以减少集成电路的数量。但是对于大多数制造商而言，依据此相关的现有技术的方法而实施的电池量表集成电路的成本仍然很高。
如上所述，通过对电池的输出电压简单实施测量而产生的低精准度，及对应电池电量测量的低精准度而给用户带来的使用不便的问题仍然存在。另外，无论是费用高昂的电池或是电池量表集成电路20，以及看似已解决上述技术问题的现有技术的相关方法，均未能真正解决以上问题。因此有必要提供一种新颖的方法以相关系统来解决上述问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供以下技术方案。
本发明揭示一种单芯片系统，其中单芯片系统用于评估电池的剩余电荷，其中电池用于对单芯片系统供电。其中单芯片系统用于评估电池的剩余电荷，其中电池用于对单芯片系统供电。单芯片系统包含：电量管理单元、存储单元及控制单元。电量管理单元，用于在单芯片系统处于休眠模式时间歇地从电池接收多个信号，并输出对应这些信号的多个参数，其中所述信号分别代表所述电池的输出电压、温度及输出电流；存储单元，耦接至电量管理单元，用于储存这些参数；控制单元，耦接至存储单元，当单芯片系统从休眠模式而激活时，控制单元依据来自存储单元的这些参数计算剩余电荷。
本发明揭示一种测量电池剩余电荷的方法，电池用于对单芯片系统供电，包含：当单芯片系统处于休眠模式时间歇地从电池接收多个信号，并输出对应多个信号的多个参数；储存多个参数，将所述多个参数储存至存储器中；以及当单芯片系统从休眠模式而激活时，依据储存的多个参数计算剩余电荷。
实施本发明揭示的测量电池剩余电荷的方法及单芯片系统可有效降低电路成本。
附图说明
图1是显示依据现有技术中耦接于单节锂电池组与一系统之间的电池量表集成电路的示意图。
图2是显示依据本发明一实施例耦接至电池的单芯片系统的示意图。
图3是例示依据本发明一实施例测量电池剩余电荷的方法的流程图。
图4是显示依据本发明一实施例实施图3中所示方法的运行流程的示意图。
具体实施方式
在说明书及权利有要求书当中使用了某些词汇来指称特定的元件。所属技术领域的技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同样的组件。本说明书及权利有要求书并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及后续的请求项当中所提及的“包含”是为一开放式的用语，故应解释成“包含但不限定于”。另外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电气连接方式。因此，若文中描述第一装置耦接于第二装置，则代表第一装置可直接电气连接于第二装置，或通过其它装置或连接方式间接地电气连接至第二装置。
请参阅图2，图2是显示依据本发明一实施例耦接至电池的单芯片系统(single chip system)100的示意图。此电池与图1所示的单节锂电池组10类似。其中单芯片系统100能够存取如图1所示的外部存储器50。虽然以单节锂电池组10为例说明，但并非对本发明的限制。在此实施例的变化例中，电池是可由多节锂电池组来替换。单芯片系统100包含电量管理单元110、存储单元120及微控制单元(Micro Control Unit，MCU)130。本实施例中的电量管理单元110包含多个模拟数字转换器(Analog-to-Digital Converter，以下简称ADC)，例如ADC112V、112T与112C，并包含耦接至ADC 112V、112T及112C中至少一者的累积电路114(标记为AC)。例如，累积电路114耦接至ADC 112C。如图2所示，类似电阻器Rsense的一电阻器是用于感测一电流，如，单节锂电池组10的输出电流。
依据本实施例，存储单元120是内置于单芯片系统100的不中断(uninterruptible)电力区域100U中。另外，电量管理单元110实施于不中断电力区域100U中。当单芯片系统100处于休眠模式时，电量管理单元110是间歇地运行并能够对存储单元120进行存取。在休眠模式期间，微控制单元130与其它设于不中断电力区域100U以外的电路均保持不运行(inactive)。
图3是例示依据本发明一实施例测量电池剩余电荷的方法910的流程图。此电池与图1所示的单节锂电池组10类似。其中电池是用于对单芯片系统(如：单芯片系统100)供电，方法910可应用于图2所示的单芯片系统100，方法910可通过单芯片系统100来实施。因此，现以如下实施例说明方法910。
在步骤912中，电量管理单元110接收来自类似单节锂电池组10的电池的信号，并对应所接收的信号输出参数。在本实施例中，电量管理单元110通过ADC 112V、112T及112C分别接收来自单节锂电池组10的PACK+端、T端及PACK-端的信号12-1、12-2及12-3。另外，ADC 112V、112T及112C是用于分别将来自电池的信号12-1、12-2及12-3转换为多个数字值(digital values)。
由于本实施例中信号12-1、12-2及12-3是代表单节锂电池组10的输出电压、温度与输出电流，从ADC 112V、112T及112C输出的多个数字值分别代表单节锂电池组10的输出电压、温度与输出电流。另外，累积电路114设置为关于时间对来自ADC 112C的多个数字值进行累积，以得到一对应于输出电流的电流累积值VCA，其中电流累积值VCA是参数之一。因此，电量管理单元110输出所提及的参数至存储单元120。例如，本实施例中参数包含：电压寄存值(voltage register value)VV、温度寄存值(temperature register value)VT、电流寄存值(current register value)VC及电流累积值VCA。
在步骤914，存储单元120临时储存电压寄存值VV、温度寄存值、电流寄存值VC及电流累积值VCA等参数。依据本实施例，电压寄存值VV、温度寄存值VT及电流寄存值VC实质上是分别设定成来自ADC 112V、112T及112C的数字值。另外，电流累积值VCA是设定成来自累积电路114的输出。因此，存储单元120可保持所有参数的更新。另外，若有需要，存储单元120也可保留这些参数的历史窗体。
如上述，当单芯片系统100处于休眠模式时，电量管理单元110是间歇地运行并能够对存储单元120进行存取。因此，不论是否单芯片系统100处于休眠模式，步骤912与914会被执行。因此，当单芯片系统100处于休眠模式，电量管理单元110间歇地接收来自电池(即本实施例中单节锂电池组10)的信号12-1、12-2及12-3并输出对应所接收信号12-1、12-2及12-3的多个参数。所以存储单元120临时储存上述电压寄存值VV、温度寄存值VT、电流寄存值VC及电流累积值VCA等参数。
在步骤916，控制单元(即本实施例之微控制单元130)依据对应电池特性的模式计算剩余电荷。只要单芯片系统100不处于休眠模式，微控制单元130依据来自存储单元120的参数更新剩余电荷。尤其是当单芯片系统100结束休眠模式后，微控制单元130会依据来自存储单元120的参数更新剩余电荷。
依据本实施例，单芯片系统100能够准确测量电池的剩余电荷。因此，本发明提供的方法及系统确实解决了现有技术存在的技术问题，如通过对电池输出电压实施的简单测量而产生的低精准度问题，及对应电池电量测量的低精准度而给用户带来的使用不便的问题。
相比于相关现有技术，实施一包含本实施例的单芯片系统100的便携式装置的总成本是可接受的。利用本发明揭示的方法与系统，不需要高成本的电池，也不需要电池量表集成电路20及类似电路来解决上述相关技术问题。因此，包含单芯片系统100的便携式装置的价格将较以现有技术实施的系统装置更具竞争力。因为价格能够让终端用户满意，依据本发明实施的便携式装置可凭借其实用及强大的功能而提供大量的终端用户。
图4是显示依据本发明一实施例实施图3中所示方法910的运行流程920的示意图。
在步骤922，微控制单元130初始化一耗时(elapsed time)计时器并进一步检测电池的类型，其中通常是以微控制单元130的软件模块来实施，如：通过微控制单元130执行的程序代码。由于对电池种类的检测，可从电池特性数据库准确选择电池的特性。例如，此实施例的电池特性数据库可预先存储于外部存储器50。微控制单元130根据步骤中所指电池的电池电量执行初始化，微控制单元130可为上述模式设置任何需要的信息。
在步骤924，当电量管理单元110间歇地更新上述参数(如：步骤912与步骤914)时，微控制单元130以周期性执行电池电量测量。例如，电量管理单元110每一秒更新临时储存于存储单元120中的参数，并且微控制单元130依据来自存储单元120的参数更新剩余电荷。
在步骤926，微控制单元130检查是否单芯片系统100应进入休眠模式。当微控制单元130决定单芯片系统100应进入休眠模式，执行步骤928；否则，返回执行步骤924。
在步骤928，电量管理单元110保持不中断电力区域100U运行(powered)，并间歇地更新上述参数(如：步骤912与步骤914)。例如，电量管理单元110每一秒更新临时储存于存储单元120中的参数。
在步骤930，电量管理单元110检查是否单芯片系统100应从休眠模式而激活。当电量管理单元110决定单芯片系统100应从休眠模式而激活，则返回执行步骤924；否则，返回执行步骤928。
需要注意的是，当电池损坏或需要充电时，不中断电力区域100U停止运行。因此，只要不是以一非挥发性存储器来实施存储单元120，每当电池损坏或需要充电时，将会发生数据缺失。在此情形时，返回执行步骤922以准确更新剩余的电荷。因此，当检测到电池损坏或需要充电时，微控制单元130根据电池的电池电量执行初始化。尤其是当检测到电池损坏或需要充电时，微控制单元130初始化耗时计时器并检测电池的类型。
依据一实施例变化例，存储单元120是以一非挥发性存储器来实施，其中只要通过电量管理单元110于休眠模式期间存取的数据不受阻滞，无须将此变化例中的非挥发性存储器设置于不中断电力区域100U中。
依据本发明的另一实施例，当单芯片系统100处于休眠模式时，电量管理单元110不运行。依据此变化例，可无须执行步骤928，或以用于等待某一时期的一等待步骤替换步骤928。因此，当单芯片系统100处于休眠模式时，此变化例的电量管理单元110并不依据所接收的信号12-1、12-2及12-3来输出参数。
本发明说明书提供不同的实施例来说明本发明不同实施方式的技术特征。其中，实施例中的各元件的配置仅为方便说明本发明，并非用以限制本发明。凡根据本发明所做的均等变化与修饰，都属于本发明的保护范围。

Claims (16)

1.一种单芯片系统，用于评估电池的剩余电荷，其中所述电池用于对所述单芯片系统供电，所述单芯片系统包含：
电量管理单元，用于在所述单芯片系统处于休眠模式时间歇地从所述电池接收多个信号，并输出对应所述多个信号的多个参数，其中所述多个信号分别代表所述电池的输出电压、温度及输出电流；
存储单元，耦接至所述电量管理单元，用于储存所述多个参数；以及
控制单元，耦接至所述存储单元，当所述单芯片系统从所述休眠模式而激活时，所述控制单元依据来自所述存储单元的所述多个参数计算所述剩余电荷。
2.如权利要求1所述的单芯片系统，其特征在于，所述电量管理单元包含：
多个模拟数字转换器，用于将来自所述电池的所述多个信号转换为多个数字值；以及
累积电路，耦接至所述模拟数字转换器中的至少一者，用于累积来自所述模拟数字转换器中的至少一者的多个数字值。
3.如权利要求2所述的单芯片系统，其特征在于，来自所述模拟数字转换器中的至少一者的所述多个数字值代表所述电池的电流；以及所述累积电路累积来自所述模拟数字转换器中的至少一者的所述多个数字值，以得到对应于所述电流的电流累积值，其中所述电流累积值是所述多个参数中的一者。
4.如权利要求1所述的单芯片系统，其特征在于，所述存储单元是为非挥发性存储器。
5.如权利要求1所述的单芯片系统，其特征在于，所述存储单元内置于所述单芯片系统的不中断电力区域。
6.如权利要求1所述的单芯片系统，其特征在于，所述控制单元依据一模式计算所述剩余电荷。
7.如权利要求6所述的单芯片系统，其特征在于，所述模式对应所述电池的特性。
8.如权利要求1所述的单芯片系统，其特征在于，当检测到电池损坏或需要充电时，所述控制单元根据所述电池的电池电量执行初始化。
9.一种测量电池剩余电荷的方法，其中所述电池用于对单芯片系统供电，所述方法包含：
当所述单芯片系统处于休眠模式时间歇地从所述电池接收多个信号，并输出对应所述多个信号的多个参数，其中所述多个信号分别代表所述电池的输出电压、温度及输出电流；
储存所述多个参数，将所述多个参数储存至存储器中；以及
当所述单芯片系统从所述休眠模式而激活时，依据储存的所述多个参数计算所述剩余电荷。
10.如权利要求9所述的测量电池剩余电荷的方法，其特征在于，所述从所述电池接收多个信号，并输出对应所述多个信号的多个参数的步骤还包含：
将所述多个信号中的一者转换为多个数字值；以及
累积所述多个数字值。
11.如权利要求10所述的测量电池剩余电荷的方法，其特征在于，其中进行累积所述多个数字值的步骤以得到对应于所述电池的电流的电流累积值，其中所述电流累积值是所述多个参数中的一者。
12.如权利要求9所述的测量电池剩余电荷的方法，其特征在于，所述储存所述多个参数的步骤更包含：将所述多个参数储存至非挥发性存储器。
13.如权利要求9所述的测量电池剩余电荷的方法，其特征在于，所述储存所述多个参数的步骤更包含：将所述多个参数储存至存储器中，所述存储器是内置于所述单芯片系统的不中断电力区域。
14.如权利要求9所述的测量电池剩余电荷的方法，其特征在于，所述计算剩余电荷的步骤包含：依据一模式计算所述剩余电荷。
15.如权利要求14所述的测量电池剩余电荷的方法，其特征在于，所述模式对应所述电池的特性。
16.如权利要求9所述的测量电池剩余电荷的方法，其特征在于，还包含：当检测到电池损坏或需要充电时，根据所述电池的电池电量执行初始化。
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