CN102495370A

CN102495370A - 移动终端及电池剩余电量测量方法

Info

Publication number: CN102495370A
Application number: CN2011103611910A
Authority: CN
Inventors: 李学文
Original assignee: Beijing Beny Wave Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Beny Wave Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2011-11-15
Filing date: 2011-11-15
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2031-11-15
Also published as: CN102495370B

Abstract

本发明提供一种移动终端及电池剩余电量测量方法。其中，所述移动终端包括电池和用于实时监测电池剩余电量的监测装置。所述监测装置包括：存储单元、电流取样电路、电压取样电路、模拟量多路转换开关、模数转换器、处理单元及显示单元。所述电池剩余电量测量方法包括：获取电池的模拟电流值和模拟电压值；将所述模拟电流值和模拟电压值转换为数字电流值和数字电压值；依据所述数字电流值和所述数字电压值计算所述电池的内阻；查询存储单元中已存储的电池内阻及剩余电量对应关系列表，获得对应于计算得出的所述内阻的剩余电量；依据查询获取的剩余电量计算剩余电量可持续工作时间；以及，显示所述剩余电量及剩余电量持续工作时间。

Description

移动终端及电池剩余电量测量方法

技术领域

本发明涉及电量测量技术，尤其涉及一种移动终端及电池剩余电量测量方法。

背景技术

电池电量检测技术在笔记本电脑中已经屡见不鲜，多数笔记本电脑都有电源管理功能，提供不同的电源工作模式以及电池报警功能。但是在更加小型化的移动终端产品中，这一技术却还不多见。

目前，较为常见的测量电池剩余电量的方法主要有两种，分别是：基于电压的电池电量预测和基于库仑计的电池电量预测。基于电压的电池电量预测，通过检测电池电压来预测电池的剩余电量。对于手持设备常用的锂电池，由于电池电压与剩余电量之间的关系与电池的工作温度和放电速率密切相关，因此该方法只能实现粗略预测。基于库仑计的电池电量预测，通过统计流入、流出电池的电荷，以库仑计的形式计算电池电量。多数库仑计电路都使用一个阻值非常低的串联电阻作为检流电阻，通过检测检流电阻上的压降来反推电流，再通过电流对时间的积分来计算电量变化。虽然基于库仑计的电池电量预测与基于电压的电池电量预测相比精度已有很大提高，但在更高精度的应用中，还需要结合当前电池的工作温度、放电速率、老化等因素对电量进行修正。

发明内容

本发明提供一种移动终端及电池剩余电量测量方法，以简化剩余电量测量并提高测量精度。

本发明的一个方面是提供一种移动终端，包括电池和用于实时监测所述电池剩余电量的监测装置；其中，所述监测装置包括：

存储单元，用于存储电池内阻及剩余电量对应关系列表；

电流取样电路，串联在所述电池的供电电路中，用于实时取样所述电池的模拟电流值；

电压取样电路，并联在所述电池的两端，用于实时取样所述电池两端的模拟电压值；

模拟量多路转换开关，用于依据设定频率轮次切换所述电流取样电路和所述电压取样电路分别与模数转换器的数据通信；

所述模数转换器，用于将接收的模拟电流值或模拟电压值转换为数字电流值或数字电压值输出；

处理单元，包括计算模块和查询模块，所述计算模块用于依据所述数字电流值和所述数字电压值计算所述电池的内阻，以及依据所述查询模块查询获取的剩余电量计算剩余电量可持续工作时间；所述查询模块用于查询存储单元中已存储的电池内阻及剩余电量对应关系列表，获得对应于计算得出的所述内阻的剩余电量；以及，

显示单元，用于显示所述剩余电量及剩余电量持续工作时间。

本发明的另一个方面是提供一种电池剩余电量测量方法，包括：

获取电池的模拟电流值和模拟电压值；

将所述模以电流值和模拟电压值转换为数字电流值和数字电压值；

依据所述数字电流值和所述数字电压值计算所述电池的内阻；

查询存储单元中已存储的电池内阻及剩余电量对应关系列表，获得对应于计算得出的所述内阻的剩余电量；

依据查询获取的剩余电量计算剩余电量可持续工作时间；以及，

显示所述剩余电量及剩余电量持续工作时间。

本发明一个方面的技术效果是：本发明通过在所述移动终端中设置用于检测电池剩余电量的监测装置，可实时的在所述移动终端中显示电池的剩余电量及可持续工作时间。同时，本发明通过电流取样电路和电压取样电路计算电池的内阻，并基于内阻和剩余电量的关系得出电池的剩余电量，较基于电压的电池电量测量和基于库仑计的电池电量测量，本发明不仅提高了测量精度，还简化了测量装置。

本发明另一个方面的技术效果是：本发明通过实时测量电池内阻，基于内阻与剩余电量的对应关系得出电池的剩余电量，并计算出剩余电量可持续工作时间，该方法电量测量精度高，且测量过程简单。另外，本发明所述方法适用于多种电池的剩余电量测量，例如：锂电池、镍氢电池(Ni-Mh)和镍镉电池(Ni-Cd)，本发明具有良好的通用性和实用性。

附图说明

图1为本发明移动终端实施例一的结构示意图；

图2为本发明移动终端实施例二的结构示意图；

图3为本发明实施例采用的内阻四线法测量原理图；

图4为本发明计算电池内阻的原理图；

图5为本发明移动终端实施例三的结构示意图；

图6为本发明移动终端实施例四的结构示意图；

图7为本发明提供的电池剩余电量测量方法实施例一的流程示意图。

图8为本发明电池内阻和剩余电量对应关系曲线的一具体实施例的示图。

具体实施方式

如图1所示，本发明移动终端实施例一的结构示意图，本实施例移动终端包括：电池(图中未示出)和用于实时监测所述电池剩余电量的监测装置；其中，所述监测装置包括：存储单元6、电流取样电路1、电压取样电路2、模拟量多路转换开关3、模数转换器4、处理单元5和显示单元7。所述存储单元6用于存储电池内阻及剩余电量对应关系列表。所述电流取样电路1串联在所述电池的供电电路中，用于实时取样所述电池的模拟电流值。所述电压取样电路2并联在所述电池的两端，用于实时取样所述电池两端的模拟电压值。所述模拟量多路转换开关3用于依据设定频率轮次切换所述电流取样电路1和所述电压取样电路2分别与模数转换器4的数据通信。所述模数转换器4用于将接收的模拟电流值或模拟电压值转换为数字电流值或数字电压值输出。所述处理单元5包括计算模块501和查询模块502；所述计算模块501用于依据所述数字电流值和所述数字电压值计算所述电池的内阻，以及依据所述查询模块502查询获取的剩余电量计算剩余电量可持续工作时间；所述查询模块502用于查询存储单元6中已存储的电池内阻及剩余电量对应关系列表，获得对应于计算得出的所述内阻的剩余电量。所述显示单元7，用于显示所述剩余电量及剩余电量持续工作时间。

在实际应用中，为获得较高的剩余电量测量精度，被测内阻必须有足够有效位数，为此至少应取4位有效数字，这样就要求本实施例中所述的模数转换器4(简称A/D转换器)必须在14位以上。除此之外，由于电池内阻、电压均为变化缓慢的低时变信号，还需选低速串行A/D转换器，优选型号为AD7715的A/D转换器。AD7715为16位A/D转换器，具有自校零、自校量程功能，具有很高的测量精度。另外该型A/D转换器还有SPI接口，便于与单片机高速通信。

本实施例一通过在所述移动终端中设置监测装置，实现了对移动终端电池剩余电量的测量以及剩余电量可持续工作时间的计算和显示，可为用户提供精确的电池剩余时间，以帮助用户选择充电或合理的分配使用时间。

图2为本发明移动终端实施例二的结构示意图。如图2所示，本实施例二是在图1所示的移动终端的基础上，所述电流采样电路1具体包括：音频信号发生器101、取样电阻102、放大电路103、整流滤波电路104及相位检测电路105。所述音频信号发生器101用于在所述电池8两端生成恒定的交流音频电流信号。所述取样电阻102，串联在所述音频信号发生器101与所述电池8之间用于取样流经所述电池8的交流模拟电流值。所述放大电路103用于放大所述交流模拟电流值并输出。所述放大电路优选为差动放大电路。所述整流滤波电路104用于对经所述放大电路放大后的所述交流模拟电流值进行整流滤波处理并向所述模拟量多路转换开关3输出。所述相位检测电路105用于检测经所述整流滤波后的所述交流模拟电流值的相位并向所述模拟量多路转换开关3输出。

本实施例二其测量原理是基于内阻四线法测量，其原理图如图3所示，在电池两端施加一恒定的交流音频电流i_s，然后检测电池端电压V_o，以及监测i_s和V_o两者之间的夹角θ，该夹角θ即为交流音频电流的相位。三者之间关系如图4所示，基于以下公式计算出电池R的内阻：

Z＝V_o/i_s (1)

R＝Zcosθ (2)。

采用本实施例二所述结构的电流取样电路，可准确的计算出电池的内阻，以便于依据该内阻精确的得出电池的剩余电量。另外，本实施例中所述音频发生器只要调整音频电流源幅度，即可实现不同容量的电池的剩余电量测量。

如图5所示，本发明移动终端实施例三的结构示意图，本实施例是以实施例二为基础，所述电流取样电路还包括耦合驱动电路。所述耦合驱动电路的原边耦接于所述音频信号发生器的交流音频电流信号的输出端，副边耦接于所述取样电阻和所述电池构成的回路中。本实施例三通过设置耦合驱动电路可有效隔离原、副边电路的电磁干扰。所述耦合驱动电路可选变压器耦合驱动电路或光电耦合驱动电路。

如图6所示，本发明移动终端实施例四的结构示意图，本实施例是以实施例一为基础。所述处理单元5还包括报警提示控制模块503，该报警提示控制模块503用于将计算出的所述内阻与预设内阻阈值进行比较，当所述内阻小于所述预设内阻阈值时输出报警指令。所述移动终端还包括报警器9，所述报警器9用于依据接收自所述处理单元5输出的报警指令发出报警音。当然本实施例还可以以实施例二或实施例三为基础，即在所述实施例二或实施例三中所述的移动终端上增设报警器，所述处理单元还包括报警提示控制模块。本实施例通过设置报警器，可提示用户在电池剩余电量不足时及时选择充电、或保存当前的工作、或立即停止当前通话，避免因移动终端突然关机造成的数据丢失或中断。

上述各实施例中，所述处理单元和移动终端的控制器可协同工作，在移动终端的控制器处于数据处理空闲时，所述控制器可作为处理单元，完成处理单元的数据处理工作。其中，所述的处理单元为单片机，优选AVR单片机，该单片机是一种高速嵌入式单片机，片内不仅集成了许多外围接口功能电路，而且运算速度快、功耗低、可靠性高，非常适合在移动终端中应用。

另外，本发明各实施例所述的移动终端可以是手机或掌上电脑等移动设备。

如图7所示，本发明电池剩余电量测量方法实施例一的流程示意图，该方法可以采用本发明实施例所提供的电池剩余电量测量装置来执行。本实施例包括如下步骤：

步骤S1、处理单元通过电流取样电路和电压取样电路获取电池的模拟电流值和模拟电压值；

步骤S2、模数转换器将所述模拟电流值和模拟电压值转换为数字电流值和数字电压值；

步骤S3、处理单元依据所述数字电流值和所述数字电压值计算所述电池的内阻；

步骤S4、处理单元查询存储单元中已存储的电池内阻及剩余电量对应关系列表，获得对应于计算得出的所述内阻的剩余电量；

步骤S5、处理单元依据查询获取的剩余电量计算剩余电量可持续工作时间；

步骤S6、显示单元显示所述剩余电量及剩余电量持续工作时间。

本实施例基于电池的内阻得出剩余电量，并依据该剩余电量计算剩余电量可持续工作时间。较现有技术，本实施例测量方法简便，且具有较高的测量精度。

进一步的，为提高电池内阻的计算准确性，进而提高剩余电量的测量精度。上述实施例中，步骤S1，所述的处理单元通过电流取样电路和电压取样电路获取电池的模拟电流值和模拟电压值；其中所述处理单元通过电流取样电路获取电池的模拟电流值的实现，可具体包括如下步骤：

步骤S101、音频发生器在所述电池两端生成恒定的交流音频电流信号；

步骤S102、取样电阻获取流经所述电池的交流模拟电流值；

步骤S103、放大电路放大所述交流模拟电流值；

步骤S104、整流滤波电路对放大后的所述交流模拟电流值进行整流滤波处理，以及相位检测电路获取所述交流模拟电流值的相位。

上述各实施例中，所述的内阻与剩余电量对应关系列表可以是电池厂家或是用户事先依据电池的放电特性测量得出的对应关系列表，也可以是用户定期在电池充满电后对电池放电，同时监测电池的放电过程生成内阻与剩余电量的对应关系，以更新存储单元中的相关数据信息，进而提高电池剩余电量测量的精度。若需要定期对存储单元中已存储的内阻与剩余电量的对应关系，上述各实施例中，依据所述电池剩余电量测量方法还包括：生成所述内阻与剩余电量对应关系列表。该步骤具体实现步骤如下：

步骤a、将满电量电池按设定放电率放电；

步骤b、实时监测放电过程中电池的内阻；

步骤c、实时记录放电过程中电池不同内阻时的放电量，依据所述放电量得出电池的剩余电量；以及，

步骤d、建立内阻与剩余电量对应关系列表。

下面以锂电池为例，上述生成所述内阻与剩余电量对应关系列表的具体实现过程为：12V锂电池，充电至13.8V，浮充电流至10mA即表明为满电量锂电池。首先，将满电量12V锂电池以1C放电率放电，即所用电池容量1小时放电完毕。然后，在放电过程中实时监测电池的内阻，并记录电池内阻，及各内阻时电池的放电量，依据放电量得出电池的剩余电量。随后，当锂电池放电完毕，即电池从12V放电至10.8V时，便可获得剩余电量与锂电池内阻之间的关系列表，其曲线图如图8所示的。最后，将得到的关系列表存入EPROM存储器中，在以后测试同型号同规格的锂电池时，处理单元可根据测到的电池内阻值通过查表得出其剩余电量值。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以下是两个采用本发明结构设计的移动终端的两个样机的性能测试列表，测试结果如表1中所示。

表1、1、2号样机的性能测试结果

从上述表1可以看出，本发明所提供的移动终端和电池剩余电量的方法，具有较为精确的剩余电量测量精度，且实现方法简单。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种移动终端，其特征在于，包括电池和用于实时监测所述电池剩余电量的监测装置；其中，所述监测装置包括：

存储单元，用于存储电池内阻及剩余电量对应关系列表；

2.根据权利要求1所述的移动终端，其特征在于，所述电流取样电路包括：音频信号发生器、取样电阻、放大电路、整流滤波电路及相位检测电路，其中，

所述音频信号发生器，用于在所述电池两端生成恒定的交流音频电流信号；

所述取样电阻，串联在所述音频信号发生器与所述电池之间，用于取样流经所述电池的交流模拟电流值；

所述放大电路，用于放大所述交流模拟电流值并输出；

所述整流滤波电路，用于对经所述放大电路放大后的所述交流模拟电流值进行整流滤波处理并向所述模拟量多路转换开关输出；

所述相位检测电路，用于检测经所述整流滤波后的所述交流模拟电流值的相位并向所述模拟量多路转换开关输出。

3.根据权利要求2所述的移动终端，其特征在于，所述放大电路为差动放大电路。

4.根据权利要求2所述的移动终端，其特征在于，所述电流取样电路还包括：耦合驱动电路，其原边耦接于所述音频信号发生器的交流音频电流信号的输出端，副边耦接于所述取样电阻和所述电池构成的回路中，用于隔离原副边电路的电磁干扰。

5.根据权利要求4所述的移动终端，其特征在于，所述耦合驱动电路为变压器耦合驱动电路或光电耦合驱动电路。

6.根据权利要求1所述的移动终端，其特征在于，所述处理单元为单片机。

7.根据权利要求1至6中任一所述的移动终端，其特征在于，

所述处理单元，还包括报警提示控制模块，用于将计算出的所述内阻与预设内阻阈值进行比较，当所述内阻小于所述预设内阻阈值时输出报警指令；

所述移动终端，还包括报警器，用于依据接收自所述处理单元输出的报警指令发出报警音。

8.一种电池剩余电量测量方法，其特征在于，包括：

获取电池的模拟电流值和模拟电压值；

将所述模拟电流值和模拟电压值转换为数字电流值和数字电压值；

显示所述剩余电量及剩余电量持续工作时间。

9.根据权利要求8所述的电池剩余电量测量方法，其特征在于，所述获取电池的模拟电流值包括：

在所述电池两端生成恒定的交流音频电流信号；

获取流经所述电池的交流模拟电流值；

放大所述交流模拟电流值；以及，

对放大后的所述交流模拟电流值进行整流滤波处理，并获取所述交流模拟电流值的相位。

10.根据权利要求8或9所述的电池剩余电量测量方法，其特征在于，还包括：生成所述内阻与剩余电量对应关系列表，具体实现步骤如下：

将满电量电池按设定放电率放电；

实时监测放电过程中电池的内阻；

实时记录放电过程中电池不同内阻时的放电量，依据所述放电量得出电池的剩余电量；以及，

建立内阻与剩余电量对应关系列表。