CN105794079B - 调整电池的电压阈值的方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种用于调整电池的电压阈值的方法，该电池与便携式设备连接，该方法包括：动态地测量该电池的内电阻；以及根据该电池的内电阻和流经该电池的电流动态地调整该电压阈值。

Description

调整电池的电压阈值的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种用于调整电压阈值和测量电池的内电阻的方案，以及更特别地，涉及用于调整电压阈值和/或测量电池的内电阻的方法和装置。

背景技术

一般而言，当电池在不同的条件下使用时，电池的内电阻(internal resistance)会不相同。此外，不同的电池会对应不同的内电阻。当电流流经电池时，电池的内电阻会引起内电压降(internal voltage drop)。特别地，当使用较高的充电电流给电池充电时，该内电压降将变得更加明显。

至于电池充电，传统的充电方案可以包括两种操作模式：恒流充电模式(constantcurrent charging mode)和恒压充电模式(constant voltage charging mode)。内电压降会导致传统的充电方案过早的从恒流充电模式切换至恒压充电模式。这会造成电池的充电电流较小以及用于给电池充电的总等待时间较长。换言之，传统的保护方案由于内电压降可能过迟地检测以保护电池。因此，提供一种能够在恰当时机保护电池和/或快速给电池充电的方案是重要且有必要的。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种通过计算/获得电池的内电阻来调整电池的电压阈值的方案，以解决上述问题。

根据本发明的一实施例，公开了一种用于调整电池的电压阈值的方法，该电池与便携式设备连接。该方法包括：动态地测量电池的内电阻；以及根据电池的内电阻和流经电池的电流动态地调整该电压阈值。

根据本发明的一实施例，公开了一种用于动态测量电池的内电阻的方法，该电池与便携式设备连接。该方法包括：首次测量电池的外部电压电平以产生第一结果以及测量将被提供给电池的充电电流；当该充电电流被提供给该电池时，再次测量该外部电压阈值以产生第二结果；以及根据该第一结果、该第二结果和该充电电流估计该电池的内电阻。

根据本发明的一实施例，公开了一种用于调整电池的电压阈值的装置，该电池与便携式设备连接。该装置包括传感器电路和控制器电路。该传感器电路用于动态地测量电池的内电阻。该控制器电路耦接于该传感器电路，且用于根据电池的内电阻和流经电池的电流动态地通知操作在该便携式设备上的系统以调整该电压阈值。

根据本发明的一实施例，公开了一种用于动态地测量电池的内电阻的传感器电路，该电池与便携式设备连接。该传感器电路包括测量电路和计算电路。测量电路用于首次测量电池的外部电压电平以产生第一结果，测量将被提供给电池的充电电流，以及当该充电电流被提供给电池时再次测量该外部电压电平以产生第二结果。该计算电路耦接于该测量电路，且用于根据该第一结果、该第二结果和该充电电流估计电池的内电阻。

根据上述实施例，本发明的优点之一是上述装置通过参考电池的内电阻能够动态地调整最大电压阈值和/或最小电压阈值，以避免内电压降引起的故障，减少电池充电的总等待时间以及精确地保护电池。

本领域技术人员在阅读不同附图所说明的优选实施例的下述详细描述之后，本发明的上述和其它目的将毫无疑义地变得明显。

附图说明

图1是根据本发明实施例的一种传感器电路的示意图；

图2是根据本发明实施例的一种包括图1所示传感器电路(当电池正在充电时)的装置的示意图；

图3A是基于传统方案说明通过固定的最大电压阈值来给电池充电的示例示意图；

图3B是根据本发明实施例说明图2所示装置的示例示意图，用于调整最大电压阈值，该最大电压阈值用于电池的外部电压电平；

图4是说明图2所示装置之操作的流程图。

具体实施方式

在通篇说明书及以下权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的元件。所属领域技术人员应可理解，制造商可能会用不同的名词来称呼一元件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区别元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区别的基准。在以下描述和权利要求书当中所提及的术语“包含”和“包括”为开放式用语，故应解释成“包含，但不限定于…”的意思。此外，术语“耦接”意指间接或直接的电气连接。因此，若描述一个装置耦接于另一装置，则代表该装置可直接电气连接于该另一装置，或者透过其它装置或连接手段间接地电气连接至该另一装置。

请参考图1，图1是根据本发明实施例的一种传感器电路(sensor circuit)100的示意图。该传感器电路100用于动态地测量(measure)/检测(sense)电池115的等效内电阻R_INT，该电池与便携式设备连接，如智能手机设备、平板设备或可穿戴式计算设备。例如，传感器电路100可以被安装在该便携式设备的充电装置内。传感器电路100能够检测不同便携式设备的电池的内电阻，该不同便携式设备可以对应不同的电池类型或不同的操作条件。由传感器电路100产生的检测结果可以运用在不同应用/操作中。

在实践中，传感器电路100包括测量电路(measuring circuit)105和计算电路(calculating circuit)110。测量电路105用于测量或检测电池115(与便携式设备连接)的外部电压电平VBAT和流经电池115的电流IBAT。例如，电池115的外部电压电平VBAT可以包括电池115内的内电压降和电池单元上(at a battery cell)的实际电压电平。此外，流经电池115的电流IBAT可以为提供给电池115的充电电流或由电池115提供的电流。换句话说，测量电路105可以测量提供给电池115的充电电流(即流入电池的电流)或由电池115提供的输出电流(即从电池115流出的电流)。计算电路110用于根据检测得到的外部电压电平VBAT和检测得到的流经电池115的电流IBAT，计算/获得电池115的内电阻。

在本实施例中，例如，流经电池115的电流为提供给电池115的充电电流。测量电路105用于当没有电流流入电池115或没有电流从电池115流出时，首次测量该电池115的外部电压电平VBAT以产生第一结果。在这种情况下，由于没有电流流经电池115，因此，检测得到的电压电平VBAT包括位于电池115内的电池单元上的实际电压电平，而排除了内电压降。此外，测量电路105用于测量将被提供给电池115的充电电流。然后，当该充电电流被提供给电池115时，该测量电路用于再次测量该外部电压电平VBAT以产生第二结果。在这种情况下，检测得到的电压电平VBAT包括电池单元处的实际电压电平和由充电电流引起的内电压降。最后，在产生第一结果和第二结果后，计算电路110用于根据该第一结果、该第二结果和该充电电流估计(estimate)/计算(calculate)电池115的内电阻。该充电电流可以是恒流充电模式下的实质上恒定的电流ICC或恒压充电模式下的可变充电电流。

换句话说，测量电路105测量或侦测(detect)电池115的外部电压电平VBAT两次以产生第一结果和第二结果。计算电路110基于第一结果和第二结果计算所侦测到的两个电压电平之间的电压差。然后，计算电路110基于该电压差和上述充电电流计算或获得内电阻R_INT。对该外部电压电平VBAT的测量或侦测可以是由测量电路105动态进行或执行的。换言之，测量电路105可以根据不同的操作条件来决定什么时候执行该测量或侦测。

此外，在另一实施例中，当操作在便携式设备上的系统在消耗电池115的能量时，流经电池115的电流可以是由电池115提供给该系统的输出电流。在这种情况下，测量电路105也可以用于测量电池115的外部电压电平VBAT两次以产生第一结果和第二结果，以及计算电路110可以计算电压差且基于该电压差和从电池115流出的输出电流获得电池115的内电阻R_INT。因此，不管电池是否正在由适配器充电或电池是否正在给系统提供能量，传感器电路100都能够估计或跟踪(trace)电池115的等效内电阻R_INT。

图2是根据本发明实施例的一种包括图1所示传感器电路100(电池115正在充电时)的装置200的示意图。如图2所示，装置200包括：传感器电路(sensor circuit)100和控制器电路(controller circuit)205。用于示例的装置200是连接在适配器、便携式设备(如智能手机设备、平板设备或可穿戴的计算设备)和电池115之间的充电器装置。在本实施例中，电源路径开关MP(可以由晶体管实现)连接在操作在该便携式设备上的该系统和电池115之间。如图2所示，电源路径开关MP连接在系统电压VSYS和电池115的外部电压电平VBAT之间。本实施例中使用了该电源路径开关MP以便装置200可以估计电池115的内电阻R_INT。当电池115用尽(is empty)或适配器最初连接至装置200(如充电器装置)时，电源路径开关MP也可以用于使操作在便携式设备上的系统可以立刻从适配器消耗功率。例如，当开关MP打开(open)时，系统可以经由装置200(而不是经由电池115)直接消耗适配器的能量。

特别地，当装置200决定控制传感器电路100以开始电池115的内电阻R_INT的估计时，首先接通(turn on)电源路径开关MP，从而使得开关MP是闭合的(closed)，以及，在这种情况下，装置200用于给电池115提供充电电流。这样的控制操作可以由装置200的控制器电路205触发。传感器电路100用于首次测量外部电压电平VBAT，以产生第一结果。在这种情况下，由于几乎没有电流流入电池115或从电池115流出，因此，检测得到的电压电平VBAT包括电池115内的电池单元处的实际电压电平而不包括内电压降。此外，传感器电路100用于测量将被提供给电池115的充电电流ICC。例如，由传感器电路100首次测量得到的外部电压电平可以等于VBAT_INT，以及测量电路100测量得到的充电电流可以等于在恒流充电模式下实质上恒定的充电电流ICC。然后，电源路径开关MP是断开的，使得该开关MP变成打开的(open)，以及系统电压VSYS和外部电压电平VBAT是不连接的。在这种情况下，装置200用于提供充电电流ICC以给电池115充电。传感器电路100用于再次测量该外部电压电平VBAT，以产生第二结果。例如，传感器电路100再次测量得到的外部电压电平可以等于VBAT1。该电压电平VBAT1包括电池单元处的实际电压电平VBAT_INT和内电压降。在接下来的步骤中，传感器电路100计算VBAT1和VBAT_INT之间的电压差，且可以基于测量得到的电压电平VBAT1、VBAT_INT以及充电电流ICC准确地获得内电阻R_INT。

在另一实施例中，应当指出的是，当装置200提供充电电流给电池115充电时，测量电池115的外部电压电平VBAT可以进行或执行两次。仍然可以有效估计或计算电池115的内电阻R_INT。

在计算出电池115的内电阻R_INT之后，装置200内的控制器电路205用于根据该内电阻R_INT来调整电池115的电压阈值。在本示例中，当电池正在充电时，该电压阈值可以表明电池115充电时电池的最大电压阈值。换言之，该电压阈值是用于电池的外部电压电平的最大阈值。例如，该最大电压阈值可以配置为恒流充电模式和/或恒压充电模式。控制器电路205在恒流充电模式下可以增加该最大阈值以及在恒压充电模式下动态增加/降低该最大阈值。应当指出的是，不管它是否处于恒流充电模式或恒压充电模式，经调整的最大电压阈值均高于或等于初始配置的最大电压阈值。这是因为电池的内电阻导致电池单元处的实际最大电压电平低于初始配置的目标最大电压阈值。当电池在充电时增加用于外部电压电平VBAT的最大电压阈值，这可以使得电池单元处的实际最大电压电平近似于或等于电池充满时的目标最大电压阈值。

请参考图3A，图3A基于传统方案说明通过一固定的最大电压阈值给电池充电的示例。如图3A所示，CV指明恒定的/固定的最大电压阈值；曲线V1表明外部电压电平VBAT的历史记录，以及曲线V2表明电池单元处的实际电压电平的历史记录。传统方案使用恒流充电模式下的恒定电流ICC，且当外部电压电平VBAT接近该固定的最大电压阈值CV时切换至恒压充电模式。然而，当切换至恒压充电模式时，由于内电压降ICC×R_INT，电池单元处的实际电压电平通常还没有接近该固定的最大电压阈值CV。该内电压降表明外部电压电平和电池单元处的实际电压电平之间的电压差，且该电压降由内电阻引起。当外部电压电平接近目标最大电压阈值时，传统方案决定从恒流充电模式切换至恒压充电模式。由于电池单元处的实际电压电平远离目标最大电压阈值，因此，该电压降会造成决定模式切换的时间发生较早，从而给电池充电的总等待时间变得更长。

图3B是根据本发明实施例说明图2所示装置200的示例图，用于调整电池115的外部电压电平的最大电压阈值。如图3B所示，当电池115处于恒流充电模式下充电时，装置200用于将该目标最大电压阈值从电平CV增加到电平CV’，其中，CV’等于电平CV和恒定充电电流ICC与已估计的内电阻R_INT的乘积之和。换言之，经调整的最大电压阈值高于初始的最大电压阈值。曲线V1’表明外部电压电平VBAT的历史记录，以及曲线V2’表明电池单元处实际电压电平的历史记录。ICC×R_INT表明该内电压降。当电池115的外部电压电平在时间T1达到该经调整的最大电压阈值时，装置200决定从恒流充电模式切换至恒压充电模式。在时间T1和时间T2的间隔期间，装置200操作在恒压充电模式，以及，充电电流不是固定在最大充电电流ICC而是变化的，如可以随时间减少。装置200可以动态地侦测内电阻R_INT和该充电电流，以及用于根据当前侦测到的内电阻R_INT和充电电流动态地调整该目标最大电压阈值。换言之，本实施例中的目标最大电压阈值是一动态的电平。

在另一实施例中，在时间T1和时间T2的间隔期间，由于内电阻R_INT的变化会是小的且可以被忽略，因此，它可能不需要装置200来侦测内电阻R_INT。在这种情况下，装置200仅动态地或定期地检测充电电流以及基于当前检测到的充电电流和先前检测到的内电阻R_INT来调整目标最大电压阈值。在图3B的示例中，通过调整目标最大电压阈值，这可以显著地减少给电池115充电的等待时间。在该示例中，由于稍微调整或提高了目标最大电压阈值，因此，对应于恒流充电模式的等待时间相较于最初的等待时间被稍微延长了。以及，由于电池115在更长的恒流充电模式下已经被充电了更多的能量，因此，对应于恒压充电模式的等待时间显著减少了，且相应地不需要更长时间来用于恒压充电模式。因此，给电池115充电的总等待时间变得更短，以及装置200能够更快速或更有效地给电池115充电。该用于延长与恒流充电模式相关的等待时间的操作可以看作是补偿内电阻R_INT引起的内电压降的操作。此外，在图3B的示例中，通过动态地降低恒压充电模式下的目标最大电压阈值，装置200可以避免电池115过充电。

在另一实施例中，当电池正用于给操作在便携式设备上的系统提供能量时，装置200可以用于调整该系统的目标最小电压阈值，以便该电池可以得到适当地保护，且同时该系统可以从电池处消耗更多的电量。换言之，可以保护电池以及延长电池寿命。例如，装置200可以侦测和计算内电阻R_INT，进而可以使得操作在便携式设备上的系统调整或协调目标最小电压阈值，该目标最小电压阈值是系统本身要求的。在计算出内电阻R_INT之后，装置200用于将内电阻R_INT的信息通知给系统。因此，该系统可以根据内电阻R_INT和电池115提供给系统的电流来调整或协调已被最初配置的目标最小电压阈值，以产生新的目标最小电压阈值。该系统也可以基于内电阻R_INT和电流的信息使用软件技术来计算或获得该新的目标最小电压阈值。装置200能够动态地使得系统提高或降低最小电压阈值，以便电池可以用于在系统决定关闭之前给该系统提供更多能量，以及该电池可以得到适当地保护。例如，若目标最小电压阈值被初始配置成3.4V，则若外部电池电压变得低于3.4V，这表明系统可能会关闭以保护电池和一些电路。在这种情况下，若内电阻R_INT较小(如所使用的电池115是一好电池)，则该系统会稍微低于目标最小电压阈值以便电池115的更多能量被提供给系统。例如，该系统可以将新的目标最小电压阈值配置成3.3V。换言之，系统仅在外部电池电压变得低于3.3V时才会关闭以保护电池和一些电路。相反地，若内部电阻R_INT较大(如所使用的电池115为一差电池)，则系统可以稍微提高该目标最小电压阈值，以便可以适当地保护电池115和/或一些电路。例如，系统可以将新的目标最小电压阈值配置为3.5V。换言之，一旦外部电池电压变得低于3.5V，则可以关闭该系统以提早保护电池和一些电路。应当指出的是，上述操作并不意味着对本发明的限制。

请参考图4，图4是说明图2所示装置200之操作的流程图。假定实现实质上相同的结果，图4所示流程图的步骤不需要按照所示先后顺序且不需要是连续的，换言之，其它步骤可以是中间的。下面详细描述图4的步骤。

步骤405：开始。

步骤410：开关MP是闭合的，以及传感器电路100用于首次测量电池115的外部电压电平VBAT。

步骤415：开关MP是打开的，以及当电池115正由流经电池115的电池充电时，传感器电路100用于再次测量电池115的外部电压电平VBAT。

步骤420：控制器电路205基于传感器电路100检测到的结果和流经电池115的电流计算或获得电池115的内电阻R_INT。

电池425：控制器电路205通过参考电池115的内电阻R_INT和流经电池115的电流动态地调整最大电压阈值或最小电压阈值。以及

步骤430：结束。

在不脱离本发明的精神以及范围内，本发明可以其它特定格式呈现。所描述的实施例在所有方面仅用于说明的目的而并非用于限制本发明。本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。本领域技术人员皆在不脱离本发明之精神以及范围内做些许更动与润饰。

Claims (14)

1.一种调整电池的电压阈值的方法，所述电池与便携式设备连接，其特征在于，所述方法包括：

动态地测量所述电池的内电阻；以及

根据所述电池的所述内电阻动态地调整所述电池的最小电压阈值，其中，所述最小电压阈值用于在放电过程中提供给操作在所述便携式设备上的系统。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，动态地测量所述电池的所述内电阻的步骤包括：

首次测量所述电池的外部电压电平以产生第一结果，以及，测量将流经所述电池的电流；

当所述电流流经所述电池时，再次测量所述外部电压电平以产生第二结果；以及

根据所述第一结果、所述第二结果和所述电流估计所述电池的所述内电阻。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，流经所述电池的所述电流是所述电池的充电电流；以及，所述方法还包括：

根据所述电池的所述内电阻和所述电池的所述充电电流调整所述电池的最大电压阈值。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述充电电流为所述电池的恒流充电模式下实质上恒定的充电电流。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述电池的所述充电电流是所述电池的恒流充电模式下实质上恒定的充电电流，以及调整所述电池的所述最大电压阈值的步骤包括：

根据所述电池的所述内电阻和所述电池的所述充电电流，提高所述电池的所述最大电压阈值，以延长所述恒流充电模式的等待时间从而减少给所述电池充电的总等待时间。

6.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述电池的所述充电电流是所述电池的恒压充电模式下的充电电流，以及调整所述电池的所述最大电压阈值的步骤包括：

根据所述电池的所述内电阻和所述电池的所述充电电流，动态地调整所述电池的所述最大电压阈值，以减少所述恒压充电模式的等待时间从而减少给所述电池充电的总等待时间。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述电池的所述内电阻动态地调整所述电池的所述最小电压阈值的步骤包括：

根据所述电池的所述内电阻和流经所述电池的电流动态地调整所述最小电压阈值，以提早保护所述电池。

8.一种调整电池的电压阈值的装置，所述电池与便携式设备连接，其特征在于，所述装置包括：

传感器电路，用于动态地测量所述电池的内电阻；

控制器电路，耦接于所述传感器电路，用于根据所述电池的所述内电阻动态地调整所述电池的最小电压阈值，其中，所述最小电压阈值用于在放电过程中提供给操作在所述便携式设备上的系统。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述传感器电路用于首次测量所述电池的外部电压电平以产生第一结果，以及测量将流经所述电池的电流；所述传感器电路用于当所述电流流经所述电池时，再次测量所述外部电压电平以产生第二结果；以及，所述传感器电路用于根据所述第一结果、所述第二结果和所述电流估计所述电池的所述内电阻。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，流经所述电池的所述电流是所述电池的充电电流；以及，所述控制器电路还用于根据所述电池的所述内电阻和所述充电电流调整所述电池的最大电压阈值。

11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述充电电流为所述电池的恒流充电模式下实质上恒定的充电电流。

12.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述电池的所述充电电流是所述电池的恒流充电模式下实质上恒定的充电电流；以及，所述控制器电路用于根据所述电池的所述内电阻和所述电池的所述充电电流提高所述电池的所述最大电压阈值，以延长所述恒流充电模式的等待时间从而减少给所述电池充电的总等待时间。

13.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述电池的所述充电电流是所述电池的恒压充电模式下的充电电流；以及，所述控制器电路还用于根据所述电池的所述内电阻和所述电池的所述充电电流调整所述电池的所述最大电压阈值，以减少所述恒压充电模式的等待时间从而减少给所述电池充电的总等待时间。

14.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述控制器电路用于根据所述电池的所述内电阻和流经所述电池的电流通知所述系统以动态地调整所述最小电压阈值，以提早保护所述电池。