CN103427123B - 一种最大化使用电池容量的方法及手持终端 - Google Patents

一种最大化使用电池容量的方法及手持终端 Download PDF

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刘艳芳
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Abstract

本发明公开了一种最大化使用电池容量的方法及手持终端,其设计方式为:根据电池的放电曲线设置不同温度下系统的关机电压;定时检测电池的工作温度及输出电压;当检测到电池在当前工作温度下的输出电压到达或者低于所述的关机电压时,控制系统自动关机。本发明利用电池在低温工作环境下截止电压降低的特性,通过合理地制定系统在不同工作温度下的关机电压,以尽可能地把系统在低温使用环境下的电池容量挖掘出来加以利用,由此提高了电池容量的利用率,延长了手持终端的续航时间。

Description

一种最大化使用电池容量的方法及手持终端
技术领域
[0001] 本发明属于手持终端技术领域,具体地说,是涉及一种用于延长电池电量使用时 间的方法以及采用所述方法设计的手持终端。
背景技术
[0002] 随着电子消费类产品的快速发展,手机、相机、平板电脑等手持终端产品快速普 及。为了提高手持终端产品的便携性和使用的便利性,电池已经成为手持终端产品中必不 可少的组成部分,为手持终端内部各功能电路的运行提供电力支持。
[0003] 自从手持电子消费类产品问世以来,超长的待机时间一直是手持终端设计者们孜 孜不倦的追求。但是,目前解决超长待机问题所采用的方法基本上都是提高手持终端内部 所使用的电池的制作工艺或者更换更大容量的电池。改进电池的制作工艺需要投入较大的 人力物力,开发周期长,研发成本高;而采用更换大容量电池的方法,虽然可以降低开发难 度,缩短研发周期,但是电池的体积会随着其容量的增大而加大,大体积电池的使用会导致 手持终端整体体积的增大,因此不适合目前手持终端产品小型化、轻薄化外形的发展趋势。
发明内容
[0004] 本发明充分利用电池本身的特性,提出了一种最大化使用电池容量的方法,通过 检测电池的工作温度来设定电池关机截止的时间,从而实现了对电池容量的最大化利用, 以期满足手持终端超长待机的设计要求。
[0005] 为解决上述技术问题,本发明采用以下技术方案予以实现:
[0006] 一种最大化使用电池容量的方法,包括以下过程:
[0007] 根据电池的放电曲线设置不同温度下系统的关机电压;
[0008] 定时检测电池的工作温度及输出电压;
[0009] 当检测到电池在当前工作温度下的输出电压到达或者低于所述的关机电压时,控 制系统自动关机。
[0010] 为了确保系统在电池电量较低的情况下仍能维持正常运行,在所述根据电池的放 电曲线设置不同温度下系统的关机电压的过程中,根据电池在不同工作温度下的截止电压 Ut设置系统的关机电压U TH,且Uth=Ut+ A U ;其中,所述A U为电压余量。
[0011] 优选的,所述电压余量A U的取值范围优选为0. 6V~0. 8V。
[0012] 出于方便量化的考虑,在所述根据电池在不同工作温度下的截止电压叫设置系统 的关机电压Uth的过程中,利用电池厂家提供的技术规格,将电池的工作温度划分成多个区 间,每一个温度区间对应电池的一个截止电压U t,利用所述的截止电压叫确定出该温度区 间所对应的系统关机电压UTH。
[0013] 优选的,所述电池的工作温度采用在系统内部的电路板上布设热敏电阻,利用热 敏电阻的阻值变化换算温度变化的方法获得,所述热敏电阻布设在电路板上与电池槽正对 的部位或者临近电池槽的部位,以提高电池工作温度检测的正确度。
[0014] 基于上述最大化使用电池容量的设计方法,本发明还提出了一种采用该方法设计 的手持终端,包括电池、主处理器、电源电路以及用于检测电池工作温度的温度检测电路; 所述主处理器连接电池和所述的温度检测电路,当检测到电池在当前工作温度下的输出电 压到达或者低于预先设定的关机电压时,输出关机信号至电源电路,控制系统自动关机。
[0015] 优选的,所述关机电压根据电池的放电曲线设定,根据电池的放电曲线,将电池的 工作温度划分成多个区间,每一个温度区间对应电池的一个截止电压U t,利用所述的截止 电压Ut确定出该温度区间所对应的系统关机电压U th,进而生成温度区间与系统关机电压 Uth的对应关系表,写入主处理器或者保存在与主处理器相连接的存储器中进行调用。
[0016] 进一步的,在所述温度检测电路中设置有一热敏电阻,所述热敏电阻的一端接地, 另一端通过分压电阻连接直流电源,热敏电阻两端的压降由一模数转换器采集后,转换成 数字电压值,传输至所述的主处理器,以换算出电池的工作温度。
[0017] 为了提高电池工作温度检测的准确度,所述热敏电阻优选布设在电路板上与电池 槽正对的部位或者临近电池槽的部位。
[0018] 为了简化电路设计,所述电池优选采用内部集成有电量计的电池,所述主处理器 通过I2C总线与电池连接通信,定时读取电池的输出电压和电量信息。
[0019] 与现有技术相比,本发明的优点和积极效果是:本发明利用电池在低温工作环境 下截止电压降低的特性,通过合理地制定系统在不同工作温度下的关机电压,以尽可能地 把系统在低温使用环境下的电池容量挖掘出来加以利用,由此提高了电池容量的利用率, 延长了手持终端的待机工作时间。由于电池的容量得到了充分地利用,因此手持终端技术 规格中要求的电池标称容量便可以相应地降低,这样电池的尺寸及整机的尺寸即可进一步 减小,适合目前手持终端产品小型化、轻薄化外形的发展趋势。
附图说明
[0020] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述 中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些 实施例而已,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这 些附图获得其它的附图。
[0021] 图1是本发明所提出的手持终端的一种实施例的内部电路原理框图;
[0022] 图2是图1中温度检测电路的一种实施例的电路原理图;
[0023] 图3是本发明所提出的最大化使用电池容量方法的一种实施例的处理流程图。
具体实施方式
[0024] 下面结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整 地描述。显然,所描述的实施例仅仅是本发明中的一部分实施例,而不是全部的实施例。基 于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其 它实施例,都属于本发明保护的范围。
[0025] 为了使本发明技术方案的优点更加清楚,下面结合附图和实施例对本发明作详细 地说明。
[0026] 目前的手持终端,其内部所使用的电池一般都是锂离子电池。在一些特殊的应用 场合,对于手持终端的低温要求和待机时间的要求都比较高,比如在一种手持机的要求中 规定:整机在-40°C~55°C的温度范围内,连续导航定位时间不小于8小时,整机功耗小于 3. 5W。这就要求锂离子电池在该温度范围内必须提供足够的电量,来维持8小时以上的续 航时间。但是,从对电池厂商的调研来看,在规定的电池尺寸和整机功耗的前提下,很少有 电池厂家能够保证电池在全温度范围内提供相同的电量。所以,提高电池在全温度范围内 的电量利用率变得至关重要。
[0027] 根据上述手持机的规格要求,可以得出以下结论:
[0028] 1、满足整机续航8小时的能量需求:
[0029] 根据整机功耗小于3. 5W和续航时间大于8小时的要求,可以得到:若电池提供的 能量大于3. 5*8=28Wh,则一定可以满足整机续航8小时的要求。
[0030] 2、-40°C~55°C温度范围内电池容量需求:
[0031] 通过分析锂离子电池的特性以及主要电池厂商提供的技术指标,可以大致认为: 常温下锂离子电池的放电平台为3. 7V (平均电压);低温下锂离子电池的放电平台为3. 3V (平均电压)。这样,不同温度下锂离子电池的容量需求分别为:
[0032] 常温下的电池容量要求为:28/3. 7 = 7560mAh;
[0033] 低温下的电池容量要求为:28/3. 3 ~ 8485mAh。
[0034] 那么,当锂离子电池的容量大于等于8485mAh(例如等于8500mAh)时,在全温度范 围内就一定可以满足续航8小时的要求。
[0035] 3、锂离子电池截止电压点的设置:
[0036] 根据锂离子电池的特性:在不同的工作温度下,电池的截止电压不同(例如:常温 下电池的截止电压一般在2. 5V左右,低温时电池的截止电压一般在2. OV附近),那么,当 电池容量在全温度范围内不能满足整机续航时间要求时,通过对电池的放电曲线(即温度 与电池截止电压之间的关系曲线)进行分析,可以将电池工作电压的规格定义为2. 0~4. 2V。 在整机工作时,系统可以根据电池的工作温度以及该温度下电池的截止电压确定主板电源 系统的关断时间,以此来提高电池在全温度范围内的容量利用率,进而达到延长整机续航 时间的设计目的,使用户在低温环境中可以尽量延长手持终端的使用时间,满足手持终端 在低温环境下的特殊使用要求。
[0037] 基于以上设计思路,本实施例提出了一种根据电池的放电曲线设置不同温度下系 统的关机电压,进而实现电池容量的最大化使用的设计方法,通过对电池容量进行深层次 的挖掘,以期最大限度地延长整机的续航时间。
[0038] 下面结合图1、图2,首先对手持终端所基于的硬件构成进行具体地阐述。
[0039] 本实施例的手持终端,在电路设计上设置有为手持终端内部各功能电路供电的电 池(例如锂离子电池等)、协调各功能电路运行的主处理器、为主板进行通断电控制的电源 电路以及用于检测电池工作温度的温度检测电路等主要组成部分,参见图1所示。其中,主 处理器连接电池和所述的温度检测电路,通过温度检测电路获取电池当前的工作温度,进 而根据电池的当前工作温度确定出系统的关机电压;然后,主处理器读取电池的输出电压, 并与确定出的系统关机电压进行比较,若电池的输出电压高于关机电压,则维持系统正常 运行;若读取到的电池输出电压等于或者低于所述的关机电压,则生成关机信号输出至所 述的电源电路,控制电源电路切断主板的供电,实现整机自动关机。
[0040] 在本实施例中,系统关机电压的确定根据电池的放电曲线(温度与截止电压的关 系曲线)制定,即根据电池在不同工作温度下的截止电压Ut设置系统的关机电压U TH。为了 保证系统在开机运行的过程中,不会出现因电池电量过低而导致某些功能电路运行不稳定 的情况,本实施例在制定关机电压Uth时,在电池截止电压U T的基础上增加了一个余量,即 Uth=Ut+AU ;其中,所述AU为电压余量。由此一来,便可以在确保系统稳定运行的前提下, 通过最大化地挖掘使用电池在低温工作环境下的容量,来延长手持终端在低温工作环境下 的使用时间,进而达到延长整机续航时间的设计目的。
[0041] 对于电池工作温度与系统关机电压Uth的对应关系,本实施例采用以电池截止电 压Ut的变化特性为基础,对电池技术规格书中规定的工作温度范围进行区间划分,使划分 出的每一个温度区间对应电池的一个截止电压Ut,进而利用所述的截止电压Ut确定出该温 度区间所对应的系统关机电压U TH。
[0042] 以工作温度范围在_40°C ~55°C、工作电压规格定义为2. 0~4. 2V的锂离子电池为 例进行说明,我们可以将电池的工作温度划分成四个区间,分别为:55°C ~25°C、25°C ~0°C、 0°C ~-20°C、_20°C ~_40°C;每个温度区间对应的电池截止电压Ut分别为:2. 3V、2. 2V、2. IV、 2V (可以从电池的技术规格书中查找获得);则每个温度区间对应的系统关机电压Uth可以 分别设定为:2. 3V+ A U、2. 2V+ A U、2. IV+ A U、2V+ A U。
[0043] 在本实施例中,所述电压余量AU优选在0. 6~0. 8V的范围内取值,以AU=O. 7V为 例,则可以生成以下电池工作温度与系统关机电压的对应关系表,参见表1所示。
[0044]
Figure CN103427123BD00061
[0045]表1
[0046] 将上述电池工作温度与系统关机电压的对应关系表写入到主处理器中,或者保存 在与主处理器相连接的存储器中。在手持终端开机运行的过程中,主处理器定时采集温度 检测电路检测输出的温度值W,并读取电池的输出电压;然后,通过查表法确定当前温度值 W所落入的温度区间,进而提取出该温度区间所对应的系统关机电压U th与读取到的电池输 出电压进行比较,若电池的输出电压高于所述的系统关机电压Uth,则维持系统正常运行; 若电池的输出电压等于或者低于所述的系统关机电压Uth,则主处理器输出关机信号,通过 其GPIO口发送至电源电路,控制整机自动关机。
[0047] 在本实施例中,对于电池输出电压的采集,可以采用在手持终端内部的电路板上 设计电池检测电路,连接所述的电池,实现对电池输出电压以及电量信息的检测,并传输至 主处理器。
[0048] 当然,出于简化电路设计方面的考虑,本实施例优选采用内部封装有电量计的电 池作为手持终端的电源部件,为手持终端内部的各功能电路供电。在这种电池的接口中定 义有I 2C总线接口,可以直接通过I2C总线连接主处理器,为主处理器提供电池的输出电压、 电量信息等数据,参见图1所示。
[0049] 对于电池的标称容量,应根据手持终端所要求的续航时间和整机功耗确定,例如: 对于规格书中要求"整机在_40°C~55°C的温度范围内,连续导航定位时间不小于8小时, 整机功耗小于3. 5W"的手持终端来说,应选择标称容量不小于8500mAh的电池为手持终端 供电,以满足手持终端在全温度范围内续航8小时的设计要求。
[0050] 对于所述的温度检测电路,可以采用热敏电阻R2来感知电池周围环境的温度变 化,参见图2所示。将所述热敏电阻R2的一端接地,另一端通过分压电阻Rl (优选采用精 密电阻)连接直流电源VDD_3. 3。将热敏电阻R2与分压电阻Rl的中间节点连接主处理器 的ADC接口或者一颗独立的模数转换器,利用主处理器中的ADC模块或者独立的模数转换 器将中间节点处的模拟分压VBAT_ADC (即热敏电阻R2两端的压降)转换成数字信号,进而 根据该分压值与温度值之间的换算关系,计算出电池当前的工作温度。
[0051] 为了提高温度检测的准确性,所述热敏电阻R2优选布设在电路板上靠近电池槽 的位置处,例如:与电池槽正对的部位或者临近电池槽的位置,以准确感知电池周围的温度 变化,实现关机操作的及时响应。
[0052] 下面结合图1、图2所示的硬件结构,对本实施例所提出的最大化使用电池容量的 方法进行详细地阐述。参见图3所示,包括以下步骤:
[0053]S301、系统开机初始化;
[0054] S302、启动计时器,设定计时时间;
[0055] 在本实施例中,计时器的创建可以在主处理器中完成;计时时间的确定可以在系 统初始化时赋予事先写入的设定值;
[0056] S303、采集电池的工作温度;
[0057] 电池工作温度的获取,采用主处理器读取温度检测电路采集输出的电压值,利用 该电压值查找电压值与温度值之间的对应关系表的方式间接获取。所述电压值与温度值之 间的对应关系表事先已保存在主处理器中或者与主处理器相连接的存储器中,供系统程序 调用;
[0058] S304、根据电池的工作温度确定系统的关机电压Uth;
[0059] 主处理器根据电池的工作温度,调取电池工作温度与系统关机电压的对应关系表 (所述的电池工作温度与系统关机电压的对应关系表已事先保存在主处理器中或者与主处 理器相连接的存储器中,供系统程序调用),进而采用查表的方式确定出当前工作温度下系 统的关机电压U th;
[0060] S305、读取电池的输出电压;
[0061] S306、将电池的输出电压与系统的关机电压Uth进行比较,若电池的输出电压高于 系统的关机电压Uth,则执行后续步骤;否则,跳转至步骤S308执行;
[0062] S307、是否到达计时时间,若到达,则计时器清零,并返回步骤S303;若未到达,则 重复执行本步骤的判断过程;
[0063] S308、控制系统自动关机;
[0064] 在本步骤中,电池的输出电压达到或者低于了系统的关机电压Uth。为了避免因电 力不足而导致系统中的某些功能电路无法稳定运行,主处理器在发出低电告警信号之后, 输出关机信号至系统的电源电路,通过电源电路控制整机自动关机。
[0065] 本实施例通过设计一种检测机制,根据电池的工作温度灵活调整系统的关机电 压,通过在低温工作环境下对电池的容量做深层次的挖掘,从而实现了对电池容量的最大 化利用,延长了手持终端的续航时间。
[0066] 当然,上述说明并非是对本发明的限制,本发明也并不仅限于上述举例,本技术领 域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换,也应属于本发 明的保护范围。

Claims (8)

1. 一种最大化使用电池容量的方法,其特征在于: 根据电池的放电曲线确定电池在不同工作温度下的截止电压Ut,根据所述截止电压Ut 设置不同温度下系统的关机电压Uth,且Uth=Ut+AU;其中,所述AU为电压余量,取值范围 为0• 6V~0. 8V ; 定时检测电池的工作温度及输出电压; 当检测到电池在当前工作温度下的输出电压到达或者低于所述的关机电压时,控制系 统自动关机。
2. 根据权利要求1所述的最大化使用电池容量的方法,其特征在于:在所述根据电池 在不同工作温度下的截止电压Ut设置系统的关机电压Uth的过程中,利用电池厂家提供的 技术规格,将电池的工作温度划分成多个区间,每一个温度区间对应电池的一个截止电压 Ut,利用所述的截止电压Ut确定出该温度区间所对应的系统关机电压UTH。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的最大化使用电池容量的方法,其特征在于:所 述电池的工作温度采用在系统内部的电路板上布设热敏电阻,利用热敏电阻的阻值变化换 算温度变化的方法获得,所述热敏电阻布设在电路板上与电池槽正对的部位或者临近电池 槽的部位。
4. 一种手持终端,包括电池、主处理器和电源电路,其特征在于:还包括用于检测电池 工作温度的温度检测电路;所述主处理器连接电池和所述的温度检测电路,当检测到电池 在当前工作温度下的输出电压到达或者低于预先设定的关机电压Uth时,输出关机信号至 电源电路,控制系统自动关机; 其中,所述关机电压Uth根据电池在不同工作温度下的截止电压UT设定,且UTH=UT+AU, 所述AU为电压余量,取值范围为0. 6V~0. 8V ;所述不同工作温度下的截止电压叫根据电池 的放电曲线确定。
5.根据权利要求4所述的手持终端,其特征在于:根据所述电池的放电曲线,将电池的 工作温度划分成多个区间,每一个温度区间对应电池的一个截止电压Ut,利用所述的截止 电压Ut确定出该温度区间所对应的系统关机电压Uth,进而生成温度区间与系统关机电压 Uth的对应关系表,写入主处理器或者保存在与主处理器相连接的存储器中进行调用。
6. 根据权利要求4或5所述的手持终端,其特征在于:在所述温度检测电路中设置有 热敏电阻,所述热敏电阻一端接地,另一端通过分压电阻连接直流电源,热敏电阻两端的压 降由一模数转换器采集后,转换成数字电压值,传输至所述的主处理器,以换算出电池的工 作温度。
7.根据权利要求6所述的手持终端,其特征在于:所述热敏电阻布设在电路板上与电 池槽正对的部位或者临近电池槽的部位。
8. 根据权利要求4或5所述的手持终端,其特征在于:在所述电池中集成有电量计,所 述主处理器通过I2C总线与电池连接通信,定时读取电池的输出电压和电量信息。
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