CN104678306B - 电源管理方法、装置与芯片 - Google Patents

Abstract

根据一实施例，一种在低容量状态下电化学电池的电源管理方法，包含：根据装置硬件获取电池信息，以预先获知当电池电量不足时所允许的最大电流量和最大允许功率；通过检测电压相对于电流的变化，更新电池特征曲线(BCC)；使用此电池特征曲线作为功率预算来控制装置功能线程的开启/关闭；以及确定是否达到最低电池容量与控制限制，而当达到最低电池容量与控制限制时，以正常关机程序关闭电池；否则，返回获取电池信息的步骤。

Description

电源管理方法、装置与芯片

技术领域

本发明是关于一种电源管理方法、装置与芯片。

背景技术

即便可携带式信息和通信技术(Information and Communication Technology，ICT)装置，如智能型手机，平板计算机等的发展与普及，当电池电量降低时，系统因为电源切断而突然当机的情况并不罕见。这种电源切断主要的原因在于：在充电状态(State ofCharge，SoC)变低时，“极化损耗”和锂离子电池相关的“阻抗”会变得非常高。在ICT装置上执行不同的程序和功能所造成相同的功率/电涌波动在电池的SoC在低阶段时会导致更大电压波动。当电压波动达到低电压阈值(threshold)时，电池低电压保护机制将被启动以切断电源。这种情况在老化的电池尤其显着，因为老化电池的阻抗增加，因此低SoC的电压波动会更大，进而也导致减少在ICT系统进行正确的数据保存和系统关机的预防准备时间。现行大部分的电源管理方法是基于电与电子方面的考虑，而电池特征曲线(BatteryCharacteristic Curve，BCC)是基于在图1中所示的电池的电化学特性。BCC将电化学特性转换成常见的电子控制域(电位-容量域，Potential-Capacity Domain)，以便执行定量和简单的控制算法。当浓差极化损耗(Concentration Polarization Loss)高时，BCC在低状态SoC时特别有用。

目前电子装置的电池在低容量状态时的已知问题是，在操作过程中可能出现的电源涌动会导致系统在使用完低容量状态电池的剩余电量在之前就径行关机。当前的电源管理技术，是以限制用户使用消耗大量功率的功能，以当电池电量低时延长电子装置的使用时间。然而，在电力有限时这类的限制可能会带来极大的不便，因为用户经常必须使用消耗更多功率的功能，例如拨打电话、发送带有附件的电子邮件等。在功率消耗的高点，若无其它有效的管理，一般是采用在低容量状态的电池可能因达到最低安全电压定义的阈值，迫使电池保护电路启动，无预警地切断电池电路和关闭系统。然而，当一个功能被启动执行时，经常发生功率消耗的高点，因此，开始执行一个重要的功能往往会导致峰值功率消耗超过安全阈值，必须过早的电源关闭。其结果是，电池的剩余容量不恰当地使用，即便在剩余的电力是足以使该系统的操作延长使用一些重要的功能。

发明内容

本发明提供一种电池的极化损失开始显着增加时阈值的检测方法。本方法也适应于电池的老化的调整。

本发明提供一种可用于低容量状态电化学电池的电源管理方法。本电源管理方法是基于BCC，其能反映电池在低容量状态下，在电池极化显著上升前的边界线。本电源管理方法还提供了自适性方式，可随着电池老化而调整，并适用于任何由电池驱动的装置，例如，电动汽车、3C装置等。通过控制装置中的每一功能元件的功率消耗，本方法可能会停止某些功能线程(function thread)，或启动(或保持)一些功能线程。

本发明的一实施例是关于一种电源管理方法，适应于一电子装置在低容量状态的多个电化学电池，该电子装置能执行多个功能线程，并且该多个电化学电池中至少一个电化学电池具有最低电池容量(minimum battery capacity)。此方法可包含：获取多笔电池信息，该多笔电池信息包括当该至少一个电化学电池在该低容量状态时，最大允许电流(maximum allowable current)与最大允许功率(maximum allowable power)；经由检测电压相对于电流的变化(change of current)，更新电池特征曲线(Battery CharacteristicCurve，BCC)；利用此电池特征曲线，决定该多个功能线程中是否有任一功能线程可以被终止，并且控制终止或继续在该电子装置上执行的该多个功能线程；以及当达到该最低电池容量，并且没有任一功能线程可以被终止时，关闭该至少一电化学电池；否则，返回获取该多个电池信息的步骤。

本发明的又一实施例是关于一种电源管理装置，用于一种电子装置在低容量状态的多个电化学电池，该电子装置能执行多个功能线程，并且该多个电化学电池中至少一个电化学电池具有最低容量，该电源管理装置包含：获取多笔电池信息的获取装置，其中该多笔电池信息包括当该至少一个电化学电池在该低容量状态时，最大允许电流与最大允许功率；通过检测电压相对于电流的变化，更新电池特征曲线的更新装置；利用该电池特征曲线，决定该多个功能线程中是否有任一功能线程可以被终止，并且控制终止或继续在该电子装置上执行的该多个功能线程的控制装置；以及当达到该最低电池容量，并且没有任一功能线程可以被终止时，关闭该至少一电化学电池的关闭装置；否则，返回到获取该多个电池信息的获取装置的返回装置。

本发明的又一实施例是关于一种电源管理芯片，包含一或多个集成电路，此一或多个集成电路被配置来处理：获取多个电化学电池中至少一个电化学电池的多笔电池信息，此多笔电池信息包括当此至少一个电化学电池在低容量状态时，最大允许电流与最大允许功率，并且该至少一个电化学电池具有最低电池容量；通过检测电压相对于电流的变化，更新电池特征曲线；利用此电池特征曲线，决定该多个功能线程中是否有任一功能线程可以被终止，并且控制终止或继续在该电子装置上执行的该多个功能线程；以及当达到该最低电池容量，并且没有任一功能线程可以被终止时，关闭该至少一电化学电池；否则，返回获取该多个电池信息的步骤。

兹配合下列图示、实施例的详细说明及申请专利范围，将上述及本发明的其它特征详述于后。

附图说明

图1是一典型的电池的极化曲线的一示意图，包含的电阻电位降(IR drop)、活化极化(activation polarization)、以及电池的浓差极化(concentration polarization)。

图2是根据本发明的一实施例，说明在一实际情境中，一3G手机通话时的电源浪涌所产生的率消耗的一示意图。

图3是根据本发明的一实施例，说明一种电源管理方法，适应于一低容量状态下的电化学电池。

图4是根据本发明的一实施例，说明电池在低容量状态的特性。

图5是根据本发明的一实施例，说明一电池放电曲线模型，其中(a)V-I-Ah特征、(b)V-Ah特征、(c)P-I-Ah特征、(d)P-Ah特征。

图6是根据本发明的一实施例，说明决定BCC曲线的一示意图。

图7是根据本发明的一实施例，说明在一实际应用中，将电池放电的V-I-Ah的一示意图。

图8是根据本发明的一实施例，说明通过取样ΔV/ΔI变化率，决定BCC曲线的一示意图。

图9是根据本发明的一实施例，说明BCC曲线以V-Ah来获得I-Ah和P-Ah的示意图，其中(a)BCC曲线在V-Ah域的一示意图、(b)BCC曲线在I-Ah域的一示意图、(c)BCC曲线在P-Ah域的一示意图。

图10是根据本发明的一实施例，说明含有更新该BCC曲线步骤的电源管理方法的一流程图。

图11是根据本发明的一实施例，说明基于电流预算与功率预算，执行功能线程的执行控制步骤的一流程图。

图12是根据本发明的一实施例，说明基于BCC曲线，CPU的工作频率调整的结果的一示意图。

图13是根据本发明的一实施例，说明基于BCC曲线，CPU的工作频率调整的性能表现的一示意图。

[标号说明]

201 供应电压 202 电流

203 功率消耗 USB 通用序列总线

CCMA 云端运算移动应用 I/O 输入/输出

3G 第三代移动通讯技术

301 获取电池信息

302 通过检测电压的相对于电流变化，并且更新一电池特征曲线(BCC)

303 使用此BCC曲线作为功率预算来控制装置功能线程的开启/关闭

304 确定是否达到一最低电池容量与一控制限制

305 以一正常关机程序关闭电池

401 2.4瓦的放电曲线与 402 8.9瓦放电曲线

403 可变电压阈值控制线 404 固定电压阈值控制线

501 V-I-Ah表面模型中，放电电流：0.2安培(曲线)

502 V-I-Ah表面模型中，放电电流：1安培(曲线)

503 V-I-Ah表面模型中，放电电流：2安培(曲线)

504 V-I-Ah表面模型中，放电电流：4安培(曲线)

505 V-I-Ah表面模型中，放电电流：6安培(曲线)

506 P-I-Ah表面模型中，放电电流：0.2安培(曲线)

507 P-I-Ah表面模型中，放电电流：1安培(曲线)

508 P-I-Ah表面模型中，放电电流：2安培(曲线)

509 P-I-Ah表面模型中，放电电流：4安培(曲线)

510 P-I-Ah表面模型中，放电电流：6安培(曲线)

601 BCC曲线

knee_A、knee_B、knee_C 膝点

701 电压(曲线) 702 电流(曲线)

703 功率(曲线) ΔV/ΔI 阻抗

1001 电池处于放电状态 1002读取电池信息

1003 找到在第i个放电过程中在中容量区域的ΔV/Δ

1004 找到对应于ΔV/ΔI的膝点

1005 发现一个新的膝点？ 1006重新计算BCC曲线

1007 计算电流预算与功率预算

1008 根据电流预算和功率预算执行控制功能线程

1101 决定当前的电源容量是否足以启动优先K的功能线程

1102 从具有最低优先级的功能线程开始，计算所有优先级比K低的功能线程的偏移功率的总和

1103 决定可用的电流/功率容量与计算的偏移功率总和是否大于具有K的目标功能线程的偶尔涌动功率

1106 取消功能线程的启动

1107 终止功能线程 1108 启动功能线程

1201 电压曲线(有BCC) 1202 电流曲线(有BCC)

1203 电压曲线(无BCC) 1204 电流曲线(无BCC)

1205 BCC控制线

具体实施方式

以下，参考伴随的图式，详细说明依据本发明的实施例，俾使本领域者易于了解。所述的发明创意可以采用多种变化的实施方式，当不能只限定于这些实施例。本发明省略已熟知部分(well-known part)的描述，并且相同的参考号于本发明中代表相同的元件。

图2是根据本发明的一实施例，说明在一实际情境中，一3G手机通话时的电源浪涌所产生的功率消耗的一示意图。如图2所示，供应电压(supplied voltage)201、电流202、和功率消耗203代表三个测得的参数：P_peak代表功能线程的峰值功率(peak power)，这是在功能线程被执行的期间与最高功率的使用有关的功率峰值(power peak)，如图2中(1)所示；P_{occasional surge}代表在功能线程被执行的期间与一些偶尔发生的峰值有关的功率，如图2中(2)所示；以及P_offset是参考当功能线程被关闭时的功率偏移量(power offset)，如图2中(3)所示供应电压(supplied voltage)201、电流202、以及功率消耗203代表三个测得的参数：线程峰值功率P_peak代表功能线程的峰值功率(peak power)，这是在功能线程被执行的期间与最高的功率使用(highest power usage)有关的功率峰值(power peak)，如图2中(1)所示；偶尔峰值P_{occasional surge}代表在功能线程被执行的期间与一些偶尔的峰值(occasional peaks)有关的功率，如图2中(2)所示；以及绪偏移功率P_offset代表当功能线程被关闭时的功率偏移量(power offset)，如图2中(3)所示。此功能线程的峰值功率通常发生在当一个功能线程被启动的开始。功能线程的一些偶尔发生的峰值往往是一个功能线程被执行的期间偶尔发生的峰值。此类功率浪涌峰值高于额定功率(nominal power)，但出现期间较短。当一个功能线程被关闭时偏移功率可以视为是额外的功率容许量(powerallowance)。然后此功率容许量可以被其它功能线程所使用。

图3是根据本发明的一实施例，说明一种电源管理方法，适应于低容量状态下的电化学电池。如图3所示，此电源管理方法获取电池信息(步骤301)，例如基于装置硬件的电池信息，以预先获知当电池电量不足时，电池的最大允许电流与最大允许功率；通过检测电压相对于电流的变化，并且更新电池特征曲线(BCC)曲线(步骤302)；使用此BCC曲线作为功率预算来控制装置功能线程(device function thread)的开启/关闭(步骤303)；确定是否达到最低电池容量与控制限制(步骤304)；以及当达到最低电池容量与控制限制时，以正常关机程序关闭电池(步骤305)；否则，返回获取电池信息的步骤(步骤301)。

在步骤302中，执行BCC曲线的更新是与电池的条件无关；换句话说，电池老化、或者用新电池更换旧电池等，皆执行BCC曲线的更新。并且，对于一装置内每一功能元件(执行功能线程)的功率消耗皆定义三种类型的功率相关参数，使该装置可以根据最大允许电流与最大允许功率来控制硬件，以执行重要的功能线程。依此，本发明的电源管理方法使该装置能够比不使用本电源管理方法执行更多的功能线程。

依据本发明实施例的低容量状态电化学电池的电源管理方法是基于电池电化学的特性与电功率的分布。如图4所示，有两个恒功率(constant power)放电曲线(2.4瓦的放电曲线401与8.9瓦放电曲线402)。当该装置的电池功率将被用尽时，电池被控制在沿着V-Ah域内的BCC曲线的膝点(knee point)以上的放电，其中，该膝点是定义为此BCC曲线上的点，该点的斜率变化远大于其它邻近的点。此BCC曲线也可以被映射至I-Ah域或P-Ah域，如图9所示，此将于稍后描述。此BCC可以用来作为电流的预算(在I-Ah域)，或是用于功率调制的功率预算(在P-Ah域)，以致能该装置来执行具有较大功率消耗的重要功能线程。

依据本发明实施例的电源管理方法中的BCC曲线可以是美国专利公开号2012/0133331中揭露的技术的延伸，其中该BCC曲线在该美国专利公开号2012/0133331的揭露中是以电压相对于放电容量域表示(voltage versus discharge capacity domain，V-Ah)。而在本发明中，BCC曲线延伸至电流对放电容量域(current versus discharge capacitydomain，I-Ah)与功率对放电容量域(power versus discharge capacity domain，P-Ah)，因而，比较容易被电源管理电路所使用。换句话说，在本发明中，此BCC曲线被表示于V-Ah域、I-Ah域、以及P-Ah域。通过I-Ah域的BCC或P-Ah域的BCC，该装置可以预先知道最大允许电流与最大允许功率，此两者都是与充电状态(State of Charge，SoC)的量有关系。相较之下，现行的技术是将最大容许电流/功率固定在选择的值、或是根据电池的工作温度减小电流，而依据本发明的实施例利用方程式来根据电池的工作温度去定义电流的改变或是减小电流。依据本发明的使用方程式来定义相对于该电池的SoC的电流/功率的变化以获得给系统参考的以及用于电池放电控制的相对应的量。在电池放电过程中，该装置可以自动搜索并更新BCC曲线。因此，本电源管理方法可以避免因电力消耗浪涌导致系统不适当的关机，并且可以执行更多的功能线程。

以下说明预先知道最大允许电流与最大允许功率的步骤的理论基础。

不同的电池表现出不同的放电特性。图5是根据本发明的一实施例，说明由两个或多个不同的放电曲线形成的电池放电曲线模型。如图5(a)与图5(c)所示，内插函数、或是其它曲线拟合(curve fitting)方法、以及智能推理(intelligent reasoning)方法都可用来建立电池的V-I-容量(Ah)与P-I-容量(Ah)的表面模型(surface model)。此3D模型然后被分别投影至V-Ah平面(图5(b))、I-Ah平面、以及P-Ah平面(图5(d))，而BCC曲线可由简单的线性函数表示。在图5(a)与图5(b)所示的V-I-Ah表面模型中，有五条曲线分别代表不同的放电电流：0.2安培(曲线501)、1安培(曲线502)、2安培(曲线503)、4安培(曲线504)、以及6安培(曲线505)。并且，在P-I-Ah表面模型中，有五条曲线分别代表不同的放电电流：0.2安培(曲线506)、1安培(曲线507)、2安培(曲线508)、4安培(曲线509)、以及6安培(曲线510)。

在图6与图9(a)的V-Ah域中，在美国专利公开号2012/0133331中所建议的软限制(soft-limit)电压曲线是：

V＝f(Ah)＝a_v×Ah+b_v

在图9(b)的I-Ah域中，依据本发明一实施例所建议的在低电量时的软限制电流预算曲线是：

I＝f(Ah)＝a_I×Ah+b_I

图9(c)的P-Ah域中，本发明所建议的在低电量时的软限制功率预算曲线是：

P＝f(Ah)＝a_P×Ah+b_P

所以，经由上述方程式可以获得在特定容量与特定电压状态下的电池的电流与功率。

在步骤302中，该装置会自动搜索并且更新BCC曲线。自动更新BCC曲线的关键是搜索V-Ah曲线、I-Ah曲线、以及P-Ah曲线上对应的膝点。搜索膝点的指南是找到当电池的放电容量增加时，阻抗(阻抗的定义为电压变化与电流变化的比值，即ΔV/ΔI)突然相对地增大的点。此可以通过定期检查ΔV/ΔI而观察到。

以下使用一实施例来描述如何发现膝点。通过读取Ⅴ和I在V-I-Ah模型中的相对变化率(relative change ratio)，可获得当到达极限时BCC曲线的两个端点值(即，最大电流与最小电流)。将此结果报告给装置，以让该装置能够有效地使用电池的容量。

然后，如美国专利公开号2012/0133331所建议的恒定电流放电的实验可用来建立在不同的放电率的电压与容量之间的关系，如图6所示。放电率通常表示为C或C-速率(C-rate)，以表示放电率等于在一小时内的电池的容量。对于具有0.1C(0.2安培)的放电曲线501的2Ah电池(如图6所示)，充分放电时间(从充满电至全空状态)约10小时。相对应于放电曲线502、503、504、以及505的放电时间分别约为两小时(0.5C)、一小时(1C)、30分钟(2C)、以及20分钟(3C)。类似的关系信息也可以在各放电曲线数据库中找到。然而，现有的数据库可能不适用于实际的应用。并且，这些曲线可能随着电池的老化而变化。并且，在特定的温度范围内(例如，25℃～30℃，或是对于不同的气候区域的室温温度范围)，在这些放电曲线的非恒定的电流测量的实时信息可以被用来建立数据库。所需最少的放电曲线数量是2。换句话说，在此实施例中，装置需要通过低容量区域两次，才能够发现膝点。

接下来是自动搜索电池放电过程中的非线性区域的边界(图6中V-Ah的转折点)。在实际运作过程中，电池放电是非恒定的电流(曲线702)，导致电压(曲线701)与功率(曲线703)的波动，如图7所示，并且更难以找到BCC曲线。然而，如图8所示，ΔV/ΔI的变化率可以被用来找到转折点。以图8为例，可比较最低容量区域中的ΔV/ΔI，例如30％±20％，以及中容量区域中的ΔV/ΔI，例如50％±30％。对于其ΔV/ΔI高于阈值(例如，10％)的点，可以选择做为膝点。在图8中，此阈值被定义为30％。

然后，利用此多个被选出的ΔV/ΔI，即可配置I-Ah BCC曲线与P-Ah BCC曲线，其中下面的参数a和b可以通过BCC曲线的两个转折点来获得。例如，在图6中，knee_A与knee_B被选中。也就是说，参数a可以通过连接knee_A与knee_B的BCC线(曲线601)的斜率来获得，参数b接着可依下列计算而获得：

允许的最小电压＝a_V×放电容量+b_V(描述于美国专利公开号2012/0133331)，

电流预算＝f_I(放电容量)＝a_I×放电容量+b_I，

功率预算＝f_P(放电容量)＝a_P×放电容量+b_P。

然后，配置被允许的放电电流与放电容量之间的关系，以得到图9。最简单的方法是选择ΔV/ΔI后，以一条直线连接两个不同的电流对应的两个值：

电流预算＝f_I(放电容量)

另一种方法是以直线连接两个不同的功率对应的两个值：

功率预算＝f_P(放电容量)

最后，通过在电池放电过程中(其可以是非恒定功率放电)到达膝点，利用图6、图7、以及图9为例，通过已知的knee_A与knee_B，可发现新的knee_C。新发现的knee_C可作为更新点。通过连接此更新点与前述已知的knee_B，可得到新的BCC曲线。

图10是根据本发明的一实施例，说明含有更新该BCC曲线步骤的电源管理方法的一流程图。当考虑电池老化以及新电池与旧电池对应的ΔV/ΔI值在不同的SoC相比时，旧电池的ΔV/ΔI会在不同的SoC明显地增加。所以，是在放电过程中并且是在SoC的中间区域作出此比较，而ΔV/ΔI增加的程度被用来作为寻找膝点的参考阈值。如图10所示，步骤1001是使电池处于放电状态。步骤1002是读取电池信息。步骤1003是找到在第i个放电过程中在中间容量区域的ΔV/ΔI。步骤1004是找到对应于ΔV/ΔI的膝点。在步骤1005中，当发现新的膝点时，继续执行步骤1006；否则，返回步骤1003。步骤1006是重新计算BCC曲线。步骤1007是计算电流预算与功率预算，以及步骤1008是根据电流预算与功率预算，执行功能线程执行控制。

在步骤1002中，电池信息包含电压(V)、电流(I)、放电容量、温度或放电过程“i”的计数等。在步骤1003中，中容量区域可选择为，例如50％±30％，以及记录相对应的ΔV/ΔI。观察放电期间的ΔV/ΔI以及根据步骤1003中选出的ΔV/ΔI来进行多次比较。当比较结果超过阈值时，例如10％，表示在第i个放电过程中发现膝点knee_i。在步骤1006中，通过连接新的膝点与前一个膝点knee_i-1或甚至是多个更前面的膝点来建立新的BCC曲线。在步骤1007中，可从knee_i发现一组参数，例如，电压、电流、功率、放电容量、温度等，并且与前一个(第i-1个)放电过程的膝点knee_i-1的参数相比中可形成V-Ah平面、I-Ah平面、以及P-Ah平面上的线性方程式，并且可从这些方程式中获得电压的下限、电流的上限、以及功率的上限。

参考图4，当分析了电池的低容量状态以寻找电池在低容量状态时的电压阈值控制机制(即，BCC曲线)时，该机制可以是(1)可变电压阈值控制线403或是(2)固定电压阈值控制线404的前述两者的其中之一；其中，该可变电压阈值控制是该BCC曲线，而其适当的控制曲线可以在V-Ah图中接近膝点被发现。以具有最小允许电压2.8V的电池作为范例，当电池依循控制曲线放电时，最大允许功率是P_{max allowable}。以图2中的3G手机通话为例，其它功能线程的峰值功率、偶尔涌动功率、以及偏移功率也被测量而得，并列出优先级名单(priority list)来决定该功能线程控制，以降低电力消耗，从而使得因被终止的功能线程而被释放出的功率可以允许被具有较高优先权的功能线程所使用。所以，在图10的步骤1006中，即使当电池处于低容量状态下时，该装置也可以稳定地运行。另一方面，籍由通过功能线程执行的优先序名单，用户有更多的弹性来管理功能线程的执行。

通过图2的装置中每一功能线程的功率消耗负载模式、图6的电池的V-Ah图、存储于存储装置内的先前获得的BCC控制数据、以及运作过程中的电池信息(电压、电流、容量、温度等)测量，该装置可以控制功能线程的开启/关闭(ON/OFF)，以在电池电量变低时(即，在有限的功率预算与有限的电流预算)，提供更多的便利性给使用者。

图11是根据本发明的一实施例，说明基于电流预算与功率预算，执行功能线程的执行控制步骤1008的一流程图。以执行具有优先级K(＝3)的功能线程为例，如图11所示，步骤1101是决定当前的电源容量是否足以启动优先级K(＝3)的功能线程；当该电源容量足够时，继续执行步骤1108以启动该功能线程；否则，执行步骤1102。步骤1102至步骤1105是从具有最低优先级的功能线程开始，计算所有优先级比K(＝3)低的功能线程的偏移功率的总和。例如，如果有9个优先级等级(priority level)，8是最低优先级等级，则优先级等级为4～8的功能线程的偏移功率总和(offset power sum)被计算。在步骤1102中，该偏移功率总和的计算从最低优先级等级(亦即8)的所有功能线程开始至优先级等级(8-j)为止。在一实施例中，参数j的初始值被设定为0。步骤1103是决定可用的电流/功率容量与在步骤1102中计算的偏移功率总和是否大于具有K(＝3)的目标功能线程(target function thread)的偶尔涌动功率；当可用的电流/功率容量与在步骤1102中计算的偏移功率总和大于与K(＝3)的目标功能线程的偶尔涌动功率时，继续执行步骤1107，以终止步骤1102内所有的功能线程，然后启动该目标功能线程，如步骤1108所示；否则，执行步骤1104。步骤1104是包括具有下一个更高的优先级等级(由1迭代递增)的所有功能线程。步骤1105是判断计算中的功能线程的优先级等级是否达到目标功能线程的优先级等级。当计算中的功能线程的优先级等级仍低于目标功能线程的优先级等级时，返回到步骤1102；否则，继续执行步骤1106以取消该目标功能线程的启动，因为即使终止比该目标功能线程具有较低的优先级等级的所有功能线程，仍旧不足以释放出足够的功率容量来启动该目标功能线程。

根据一实验显示，依据本发明实施例的电源管理方法使该装置能够启动更多的功能线程，如以下说明：当电池沿BCC曲线放电时，电池电压因为电池容量降低被调整至更高的电平，而电流随着电池容量的降低而减少。可合理推断出，以这样方式运作的电池具有容忍发生峰值功率的特性，尤其是当电池已接近其低容量状态时，其浓差极化导致增加阻抗。相较于中容量区域，微小的电流波动会导致大的电压反应。换句话说，ΔV/ΔI将迅速增加。在低电池容量时增加电池的工作电压(与降低电流)的方式提供下列特性：在决定一功能线程是否可以启动时，会将偶尔涌动功率列入考虑，而不是如既有技术中仅考虑最大峰值功率来决定是否启动一功能线程。所以，相较于既有技术，依据本发明实施例的系统稳定性是更坚固的。

系统状态：允许功率＝2.5W(根据前面的BCC预算)；

功率消耗消耗消耗表如下所示：

系统目前执行功能线程#2与#3，并拟启动功能线程#1。

步骤1102：计算较低优先级等级(优先级等级≧2)的功能线程的偏移功率的总和(1W+0.8W＝1.8W)；

步骤1103：比较计算所得的1.8W(步骤1002)与允许功率(＝2.5W)的总和与功能线程#1的偶尔涌动功率2.5W：1.8W+2.5W≧功能线程#1的偶尔涌动功率；

步骤1104与步骤1105：决定必须被终止的低优先级等的功能线程的最小数目。在此例子中，功能线程#3需要被终止；

步骤1107：终止功能线程#3(释放出0.8W功率+2.5W＝3.3W>2.8W)；

步骤1108：启动功能线程#1。(此时，系统允许功率＝0.5W)。

若要再启动功能线程#3，该装置需要再经过上述程序。然而，功能线程#3因为功率预算不足而不能被开启。其最终的结果是执行功能线程#1与功能线程#2。

相较之下，既有的电源管理方法只考虑最大峰值功耗，当系统电源仍然维持2.5W时，功能线程#1不能通过关闭功能线程#2与功能线程#3去增加额外的1W+0.8W电源而被启动。

甚且，也可以根据BCC功率预算来调整CPU的工作频率。如图12所示，通过使用已知的BCC曲线1205，随着放电容量增大，电流与电压被减小。能够被减少的硬件机制是CPU的工作频率，1200MHz、920MHz、700MH、350MHz等，如上述的功能线程功率消耗表中所示。此四个频率可视为不同的功能线程，具有最高频率1200MHz的为最低优先级等级，并且具有最高优先级等的最低频率350MHz。CPU在较低的频率下工作消耗更少的功率。当电池的BCC控制电流(曲线1202)和电压(曲线1201)比在目前时刻的系统功率消耗电平更高时，该装置开始终止最低的优先级等级的频率设定，并且将CPU的工作频率为调整唯一较低的频率。换句话说，CPU的最高工作频率受到限制。当电池不被BCC控制时，其电压(曲线1203)与电流(曲线1204)的行为会导致系统的工作情况少于比BCC被控制时。以下的试验说明了从具有BCC控制预算功率调整的装置与不具有BCC控制预算功率调整的装置的结果，如图13中所示。由于CPU的时钟是离散的(discrete)，耗电量的调整可以只是初始地与约略地遵循BCC功率预算。即使在这种有限的调整情况下，当该系统是在最后30％的发电容量时，该具有BCC控制预算功率调整的装置(如图11所示)可以延长接近20％的使用时间以及执行多出约20％功能线程的数目。

因为BCC控制功率预算调整是一种软限制，偏离曲线不会导致电池管理模块硬生生地切断电池电源。

依据本发明的实施例具有下列特性：(1)当电池处于低容量状态，无法提供足够的输出功率时，其方法允许装置去计算最大允许功率消耗，以及使用功能线程的优先级等级、峰值功率、偶尔涌动功率、以及偏移功率来决定新的功能线程的是否可以启动或是否应该终止正在运行的功能线程；(2)通过此方法估计的最大允许输出可以量化电池在低容量状态下的最大允许率消耗，并且该装置可以通过控制该功能线程的执行来使用电池中的剩余电量；以及(3)可适用于由电池驱动的任何装置。

依据本发明的另一实施例提供了一种非瞬时的计算机可读取记录媒介，用于存储一或多个程序。此一个或多个程序使处理单元来执行本发明所述的方法。

依据本发明的另一实施例提供了一种电源管理装置，包含处理单元以及存储器。该处理单元被配置为执行上述实施例中描述的步骤。

本发明的另一实施例提供了一种电源管理芯片，包含一或多个集成电路，此一或多个集成电路被配置为处理在上述实施例中描述的功能。

以上所述者仅为依据本发明的实施范例，当不能依此限定本发明实施的范围。即大凡本发明权利要求范围所作的均等变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围。

Claims (12)

1.一种电源管理方法，用于一种电子装置在低容量状态的多个电化学电池，该电子装置能执行多个功能线程，并且该多个电化学电池中至少一个电化学电池具有最低容量，包含：

获取多笔电池信息，该多笔电池信息包括当该至少一个电化学电池在该低容量状态时，最大允许电流与最大允许功率；

通过检测电压相对于电流的变化，更新电池特征曲线；

利用该电池特征曲线，决定该多个功能线程中是否有任一功能线程可以被终止，并且控制终止或继续在该电子装置上执行的该多个功能线程；以及

当达到该最低电池容量，并且没有任一功能线程可以被终止时，关闭该至少一电化学电池；否则，返回获取该多笔电池信息的步骤。

2.根据权利要求1所述的方法，其中该多个功能线程的每一功能线程的功率消耗用功能线程峰值功率、至少一偶尔涌动功率、以及偏移功率来表示；其中，该功能线程峰值功率是执行该功能线程时的最高的功率使用，该至少一偶尔涌动功率是指执行该功能线程时发生的至少一偶尔峰值，该偏移功率是参考停止执行该功能线程时的功率偏移量。

3.根据权利要求1所述的方法，其中该电池特征曲线是表示于电压相对于放电容量域、电流相对于放电容量域以及功率相对于放电容量域。

4.根据权利要求1所述的方法，其中该多个功能线程的每一功能线程有优先级等级，并且该方法通过终止正在运行的具有较低优先级等级的功能线程来释放电源，以启动具有更高的优先级等级的功能线程。

5.根据权利要求1所述的方法，其中利用该电池特征曲线，决定是否该多个功能线程中有任一功能线程可以被终止，并且控制终止或继续在该电子装置上执行该多个功能线程的步骤还包括：

决定当前功率容量是否足以启动具有优先级等级的第一功能线程，并且当当前功率容量是足够的，启动该第一功能线程，否则，搜索具有比该第一功能线程低优先级等级的第二功能线程，并终止该第二功能线程以释放功率；以及

重复上一步骤，直到该当前的功率容量足以启动该第一功能线程，或是低于该第一功能线程的优先级等级的所有功能线程已被终止。

6.根据权利要求1所述的方法，其中通过检测电压相对于电流的变化来更新该电池特征曲线的步骤还包括寻找膝点，其中寻找该膝点还包括：

在当前的放电过程的中间容量区中，寻找相对于电流的电压变化；以及

寻找对应点，该对应点的相对于电流的电压变化超过阈值的点，其中该对应点成为目前发现的膝点。

7.根据权利要求6所述的方法，其中该中间容量区域为电池完全充电状态的20％-80％。

8.根据权利要求6所述的方法，其中该阈值至少为电池完全充电状态的10％。

9.根据权利要求6所述的方法，其中该目前发现的膝点被连接到先前发现的膝点，用来更新该电池特征曲线，以接续地控制该多个功能线程。

10.根据权利要求9所述的方法，其中电流预算是根据连接该目前发现的膝点到该先前发现的膝点的该电池特征曲线来决定。

11.一种电源管理装置，用于一种电子装置在低容量状态的多个电化学电池，该电子装置能执行多个功能线程，并且该多个电化学电池中至少一个电化学电池具有最低容量，该电源管理装置包含：

获取多笔电池信息的获取装置，其中该多笔电池信息包括当该至少一个电化学电池在该低容量状态时，最大允许电流与最大允许功率；

通过检测电压相对于电流的变化，更新电池特征曲线的更新装置；

利用该电池特征曲线，决定该多个功能线程中是否有任一功能线程可以被终止，并且控制终止或继续在该电子装置上执行的该多个功能线程的决定控制装置；以及

当达到该最低电池容量，并且没有任一功能线程可以被终止时，关闭该至少一电化学电池的关闭装置；否则，返回到获取该多笔电池信息的获取装置的返回装置。

12.一种电源管理芯片，包含一或多个集成电路，该一或多个集成电路被配置来处理:

获取多个电化学电池中至少一个电化学电池的多笔电池信息，该多笔电池信息包括当该至少一个电化学电池在低容量状态时，最大允许电流与最大允许功率，并且该至少一个电化学电池具有最低电池容量；

通过检测电压相对于电流的变化，更新电池特征曲线；利用该电池特征曲线，决定电子装置上执行的多个功能线程中是否有任一功能线程可以被终止，并且控制终止或继续在该电子装置上执行的该多个功能线程；以及

当达到该最低电池容量，并且没有任一功能线程可以被终止时，关闭该至少一电化学电池；否则，返回获取该多笔电池信息的步骤。