CN107209229A - 估计电池单元参数 - Google Patents

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R·钱德拉
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T·莫斯希布罗达
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E·斯基亚尼
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Abstract

本文档描述了用于估计电池单元参数的技术和装置。在一些实施例中，这些技术和装置使能电池单元与其它电池单元的隔离。当变化的电流量从单元被抽取时，测量被隔离的电池单元的电压电平。然后可以基于测量的电压电平和从单元抽取的变化的电流量来估计被隔离的电池单元的参数，参数包括内部电阻。

Description

估计电池单元参数
背景技术
本背景技术出于总体呈现本公开的上下文的目的而被提供。除非本文中另行指示，在背景技术中描述的材料既不明确地也不隐含地被承认为是本公开或以下权利要求的现有技术。
电池通常用作移动计算和电子设备的功率源。通常，移动设备的运行时间由设备的电池的容量确定，功率从该电池被抽取直到电池不能够支持移动设备的操作。在大多数情况下，运行时间或剩余电池容量的估计被显示给设备的用户，以向用户通知设备可用性的期望或需要为设备再充电。
然而，运行时间、有效电池容量或其他电池相关特性的这些估计通常不准确，这是由于不仅电池的属性而且移动设备抽取功率的方式的动态变化性。此外，一旦制造成移动设备，获取关于电池的特性的实时信息常常由于传统电池接口电路的简单性而被排除。因此，当移动设备由于电池不能为设备的操作提供足够的功率而意外地复位或关闭时，运行时间或有效电池容量的不准确估计可能不利地影响用户体验。
发明内容
本文档描述了用于估计电池单元参数的技术和装置。所估计的电池参数可以用于构建或更新电池单元的模型，其可以用于优化来自电池单元的能量提取。通过这样做，可以更有效地使用存储在电池单元中的能量来延长从电池单元抽取功率的设备的运行时间。在一些实施例中，当两种不同电流量从电池单元被抽取时，电池单元的电压被测量。然后，基于所抽取的电流量和所测量的电池单元的电压来估计电池单元的内部电阻。在其他实施例中，当到电池单元的施加负载电流被中断时并且在中断之后电压松弛的稍后时间点，电池单元的电压被测量。然后基于负载电流和所测量的电池单元的电压来估计电池单元的电容或浓度电阻(concentration resistance)。在这些或其他实施例中，针对其估计参数的电池单元可以与设备的其他电池单元隔离，或者是设备的唯一电池单元。
提供本发明内容以介绍下面在具体实施方式中进一步描述的简化概念。本发明内容不旨在标识所要求保护的主题的必要特征，也不旨在用于确定所要求保护的主题的范围。用于估计电池参数的技术和/或装置在本文中也被单独地或结合地称为上下文所允许的“技术”，尽管技术可以包括或替代地表示本文描述的其它方面。
附图说明
参考以下附图描述能够估计电池参数的实施例。贯穿附图使用相同的数字来引用类似的特征和组件：
图1示出了其中能够实现用于估计电池参数的技术的示例环境。
图2示出了能够实现电池参数的估计的示例电池系统。
图3示出了根据一个或多个实施例的示例电池单元配置。
图4示出了用于估计电池单元的内部电阻的示例方法。
图5示出了示例放电电流分布和相关联的电压测量。
图6示出了示例充电电流分布和相关联的电压测量。
图7示出了用于估计电池单元的电容或浓度电阻的示例方法。
图8示出了用于各种放电电流量的示例松弛电压分布。
图9示出了各种量的充电电流的示例性松弛电压分布。
图10示出了用于基于放电数据来估计电池单元的开路电位的示例模型。
图11示出了用于估计电池放电后的开路电位的实验数据和模型数据的比较。
图12示出了基于充电数据来估计电池单元的开路电位的示例模型。
图13示出了用于估计电池充电后的开路电位的实验数据和模型数据的比较。
图14示出了用于计算多个电池的参数的示例方法。
图15示出了其中能够实现估计电池参数的技术的示例设备。
具体实施方式
本文档描述了用于估计电池单元参数的技术和装置。这些装置和技术可以使能电池参数的估计，电池参数诸如内部电阻、电容、或浓度电阻，其影响电池单元提供功率的能力。然后，所估计的电池参数可以用于构建或更新在各种条件下更准确地反映或预测电池单元的未来性能的电池单元的模型。在一些实施例中，这些技术和装置使能基于从电池单元抽取或向其施加的电流量以及由此产生的相应的电压测量对电池单元的内部电阻的估计。这些技术和装置还可以使能基于从电池单元抽取或向其施加的电流量、以及在电流的施加被中断之后进行的电压测量而对电池单元的电容或浓度电阻的估计。此外，该技术和装置也可以将电池单元与其它电池单元隔离，以便使能对电池参数的估计。这些仅是该技术估计电池参数的许多方式的几个示例，许多方式中的其他方式在下面被描述。
示例操作环境
图1示出了其中能够体现用于估计电池参数的技术的示例操作环境100。操作环境100包括计算设备102，其以三个示例被示出：智能电话计算机104、平板计算设备106和膝上型计算机108，尽管诸如上网本、智能手表、健身配件、电动车辆、物联网(IoT)设备、可穿戴计算设备、媒体播放器和个人导航设备的其它计算设备和系统也可以被使用。
计算设备102包括计算机处理器110和计算机可读存储介质112(介质112)。介质112包括操作系统114和应用116，其使能计算设备102的各种操作。操作系统114管理计算设备102的资源，诸如处理器110、介质112等(例如，硬件子系统)。应用116包括访问由操作系统114管理的资源以实现计算设备102的各种操作的任务或线程。介质112还包括电池管理器132，其实现和使用多样且在下面更详细地被描述。
计算设备102还包括功率电路120和电池单元122，计算设备102可从该电池电路120和电池单元122抽取用以操作的功率。通常，功率电路120可以包括被配置为使得计算设备102能够从电池单元122抽取操作功率或者向电池单元122施加充电功率的固件或硬件。电池单元122可以包括任何合适数量或类型的可再充电电池单元，诸如锂离子(Lion)、锂聚合物(Li-Poly)、锂陶瓷(Li-C)等。功率电路120和电池单元122的实现和使用多样并在下面更详细地被描述。
计算设备102还可以包括显示器124、输入机构126和数据接口128。尽管被示出与图1的示例设备集成在一起，但是显示器124可以经由有线或无线显示接口与计算设备102分离实现。输入机构126可以包括姿势敏感的传感器和设备，诸如基于触摸的传感器和运动跟踪传感器(例如，基于相机的)、按钮、触摸板、加速度计和具有伴随的语音识别软件的麦克风等。在一些情况下，输入机构126与显示器124集成，诸如在具有集成的触敏传感器或运动敏感传感器的触敏显示器。
数据接口128包括使得计算设备102能够与其他设备或网络通信数据的任何合适的有线或无线数据接口。有线数据接口可以包括串行或并行通信接口，诸如通用串行总线(USB)和局域网(LAN)。无线数据接口可以包括被配置以经由基础设施或对等网络来通信的收发器或模块。这些无线数据接口中的一个或多个可以被配置为经由近场通信(NFC)、个人区域网(PAN)、无线局域网(WLAN)或无线广域网(WWAN)。在一些情况下，计算设备102的操作系统114或通信管理器(未示出)基于计算设备102在其中操作的环境的特性来选择用于通信的数据接口。
图2示出了能够实现本文描述的技术的方面的示例电池系统200。在该特定示例中，电池系统200包括电池管理器118、功率电路120和电池单元122。在一些实施例中，电池管理器通过处理器执行处理器可执行的指令而被实现在软件(例如，应用编程接口)或计算设备的固件中。备选地或者附加地，电池管理器118的组件可以与电池系统200的其他部件整体地被实现，其他部件诸如功率电路120和电池单元122(单独的或封装的)。
电池管理器118可以包括图2所示的实体中的任何或所有实体，其包括电池监测器202、参数估计器204、电流负载监测器206、工作负载估计器208以及负载分配器210。电池监测器202被配置为监测电池单元122的特性，诸如电压、电流流动、剩余容量(例如，荷电状态)、满充容量(其随着循环计数增加而减少)、温度、年龄(例如，时间或充电循环)等。电池监测器202还可以确定或访问电池单元122的相应配置信息，诸如单元制造商、化学类型、额定容量、电压和电流限制(例如，截止值)等。电池监测器202可以存储和使电池管理器118的其他实体能够访问该电池单元配置信息。
参数估计器204被配置为估计电池单元122的参数，诸如内部电阻、电容或浓度电阻。在一些情况下，参数估计器基于由电池监测器202监测的电池单元的特性(诸如电流和电压)来估计这些参数。电池监测器202的实现和使用多样并在下面更详细地被描述。
电流负载监测器206监测由计算设备102从电池单元122中的一个或多个电池单元抽取的电流量。在一些情况下，电流负载监测器206监测从电池单元122的每个相应电池单元抽取的各个电流量。电流负载监测器206还可以监测在充电期间由计算设备102施加到一个或多个电池单元122的电流量。在至少一些实施例中，电流负载监测器206提供指示从电池单元抽取的电流量的实时信息，诸如以毫秒或秒的量级的速率。
工作负载估计器208估计当计算设备102执行各种任务或操作时可能消耗的电流量。所估计的电流量可以基于计算设备102正在执行、被调度以执行、可能执行的任务等。例如，工作负载估计器可以从操作系统114接收指示一组任务被调度以用于由计算设备102的资源执行的信息。工作负载估计器208还可以包括或访问描述硬件组件的功率消耗和它们的相应工作负载之间的关系的信息。基于该组任务，工作负载估计器208估计或预测计算设备102将消耗以执行任务的电流量。在一些情况下，工作负载估计器208基于任务的调度或预测的执行顺序来随时间提供电流消耗预测。
负载分配器210被配置为确定从每个电池单元122抽取的电流量。在一些情况下，负载分配器210基于从电池管理器118的其他实体接收的信息来确定负载分配方案，诸如计算设备102的当前和预测功率需求以及电池单元122的相应特性特征、荷电状态、内部电阻。负载分配可以被配置为基于上述信息从电池单元122的全部或子集抽取功率，以最大化从多个电池单元抽取功率的效率。
尽管示出为分离的实体，但是电池监测器202、参数估计器204、电流负载监测器206、工作负载估计器208和负载分配器210中的任一项或全部可以彼此分离或以任何合适的形式组合或集成来被实现。例如，这些实体中的任何实体或其功能可以通常被组合为电池管理器118，其可以被实现为操作系统114的程序应用接口(API)或系统组件。
电池系统200还包括功率电路120，其提供电池管理器118和电池单元122之间的接口。通常，功率电路120可以包括硬件和固件，其使得计算设备102能够从电池单元122抽取功率(例如，放电)、向电池单元122施加功率(例如，充电)、以及实现其各种实施例。在该特定示例中，功率电路120包括充电电路212、感测电路214和隔离电路216。
充电电路120被配置为提供电池单元122被其充电的电流。充电电路可以实现任何合适的充电分布，诸如恒定电流、恒定电压、由电池管理器118提供的定制分布等。在至少一些实施例中，充电电路212能够向被同时充电的不同的相应电池单元提供不同的电流量。
感测电路214被配置为感测或监测电池单元122的操作特性。这些操作特性可以包括电压电平、施加的电流量或从电池单元122中的相应电池单元抽取的电流量。在一些情况下，感测电路214可以与充电电路120整体地被实现，诸如包括感测元件(例如，模数转换器(ADC)、放大器和感测电阻)的充电控制器或电路的一部分。
功率电路120还包括隔离电路216，其使得电池管理器118能够隔离电池单元122中的单个电池单元或子集。尽管被隔离，但是电池单元中的单个电池单元或子集可以被同时充电或放电。例如，充电电流可以被施加到由隔离电路216隔离的电池单元，而计算设备102从剩余电池单元中的全部或子集抽取操作功率。在一些情况下，隔离电路被实现为在电池单元122之间切换的多路复用电路，以便于与用于电池单元感测、电流消耗或电流施加的适当的一组功率电路连接。
电池单元122可以包括任何合适数量或类型的电池单元。在该特定示例中，电池单元122包括电池单元1 218、电池单元2 220、电池单元n 222和电池单元N 224，其中N可以是任何合适的整数。在一些情况下，计算设备可以包括单个电池单元122，在不脱离本公开的精神的情况下本文所描述的技术能够被应用于该单个电池单元122。在其他情况下，电池单元122可以包括单元形状、容量或化学类型的各种同质或异质组合。
电池化学性质的示例可以包括锂离子、锂聚合物、锂陶瓷、柔性印刷电路Li-C(FPC-LiC)等。电池单元122中的每一个可以具有特定或不同的单元配置，诸如化学类型、形状、容量、封装、电极尺寸或形状、串联或并联电池布置等。因此，电池单元122中的每一个也可以具有不同的参数，诸如内部电阻、电容或浓度电阻。
图3示出了根据一个或多个实施例的示例电池单元配置300。电池单元配置300包括电池单元-1 302、电池单元-2 304、电池单元-3 306和电池单元-4 308，其中的每一个可以配置为任何合适类型的电池。另外，电池单元302至308中的每一个被配置有相应的并联大容量电容310至316(例如，超级电容器)，其可以有效地减轻给定电池上的相应电流负载尖峰。
电池单元302至308中的每一个可以提供(或接收)来自计算设备102的相应量的电流，其被显示为电流I1 318，电流I2 320，电流I3 322和电流I4 324。这些单独的电流通过电路切换电路326(开关电路326)进行多路复用，其总和是电流IDevice 328。这里注意，切换电路326仅是如关于图1所述的隔离电路216的一个示例实现。在一些情况下，例如正常的设备操作，电池切换电路326在电池单元302至308之间快速切换，有效地从它们中的每一个中抽取电流或功率。在其他情况下，电池切换电路236可以隔离电池302至306中的一个，并且在剩余电池的子集之间切换以继续为计算设备102供电。
图3还示出了可用于对本文所描述的任何电池单元或电池进行建模的示例电池模型330。通常，电池模型330可以用于估计或预测影响电池为计算设备102提供功率的能力的电池的参数。在一些情况下，这些电池参数是动态的，并且可能通过传统感测技术不是直接可观察或可测量的。电池模型330包括提供功率并具有开路电压332(VO 332)的理想电压源。当电池没有正在提供电流时，电池的开路电位可能接近开路电压332。
电池模型330还包括直流(DC)内部电阻334(RDCIR 334)、电容336(C 336)和浓度电阻338(RConc.338)。电池电流340(I 340)由电容电流(IC 342)和浓度电阻电流338(IR 344)形成，它们分别受电容336和浓度电阻338影响。电池电压346(V 346)表示电池模型330的端电压，并且可以受与其它参数相关联的损耗影响，诸如当电流通过浓度电阻338和内部电阻334时。
示例方法
本文所描述的方法可以单独地或彼此组合地、整体地或部分地被使用。这些方法被示出为执行的操作(或动作)的集合，诸如通过一个或多个实体或模块，并且不一定限于用于执行操作的所示出的顺序。例如，这些技术可以基于从电池单元抽取或向其施加的电流量和电池单元的电压的经测量的实例来估计内部电阻。这些技术还可以基于从电池单元抽取或向其施加的电流量和在施加电流之后的特定时间测量的电池单元的电压的实例来估计浓度电阻或电容。这些仅是可以使用本文所描述的技术来实现的几个示例。在以下讨论的部分中，可以参考图1的操作环境100、图2的电池系统200、图3的电池单元配置300以及在本文中别处描述的其他方法和示例实施例，仅作为示例对其进行参考。
图4描绘了用于估计电池单元的内部电阻的方法400，包括由电池管理器118或参数估计器204执行的操作。
在402，电池单元与计算设备的另一电池单元隔离。电池单元可以利用任何合适的开关电路或隔离电路与其他电池单元隔离。应当注意，电池单元的隔离是可选的，并且可以使用一个或多个非隔离电池单元来执行本文所描述的其它操作。在一些情况下，电池单元与被布置在并联或串联配置中的多个其他电池单元隔离(例如，两串联四并联或2S4P)。当电池单元被隔离时，计算设备可以继续从其他电池抽取操作电流或者向其他电池施加充电电流。
作为示例，考虑电池单元配置300。这里，假设电池单元配置300被实现在从电池功率操作的膝上型计算机108中。当使电池放电时，开关电路326在电池单元302至308之间切换以从电池单元中的每一个抽取电流。这里，参数估计器204经由开关电路326将电池单元-1 302与电池单元304至308隔离，其可以继续向膝上型计算机108提供操作电流。
在404，从被隔离的电池单元抽取第一电流量。第一电流量可以是任何合适的电流量，诸如范围从C安培到C/20安培的放电电流，其中C是以安培小时为单位的电池单元的容量。在一些情况下，第一电流量基于处于特定活动级别的设备的组件所消耗的已知电流量。例如，电流量可以是当设备的CPU处于最高功率状态并且设备的显示器处于完全亮度时所消耗的电流。备选地，可以将第一电流量施加到被隔离的电池单元。在一些情况下，电流量根据恒定电流充电分布来被施加。在这种情况下，第一电流量的施加可以是基本上稳定的和恒定的。
在本示例的上下文中并且如图5的电流图500所示，参数估计器204经由隔离电路216从电池单元-1 302抽取电流I1 502(例如，操作电流)。尽管与电池单元304至308隔离，但是开关电路326在电压调整电路(未示出)和电池单元-1 302之间切换以使得电流I1 502能够从电池单元-1 302被抽取。备选地，对于电流被施加到电池单元的情况，考虑图6的电流图600。这里，参数估计器204将经由充电电路212将电流I1 602(由负值表示的充电电流)施加到电池单元。
在406，当第一电流量被抽取时，测量被隔离的电池单元的电压的第一实例。可以在抽取第一电流量时的任何时间点测量被隔离的电池单元的电压。继续正在进行的示例并且如电压图504所示，当电流I1 502被抽取时，参数估计器204经由感测电路214测量电池单元-1 302的电压V1 506。备选地，当第一电流量被施加到被隔离的电池时，可以测量被隔离的电池单元的电压的第一实例。其示例由电压图604示出，其中当电流I1 602被施加时电池单元的电压V1 606被测量。
在408，从被隔离的电池单元抽取第二电流量。第二电流量可以是与第一电流量不同的任何合适的量，诸如由设备的部件所消耗的不同的放电电流量。备选地，可以中断第一电流量的抽取，有效地停止从电池单元对任何电流进行放电。第二电流量被抽取了至少特定时间量，诸如从大约一秒到大约十秒。在本示例的上下文中，参数估计器204中断从时间t1到时间t2从电池单元-1 302对电流I1 502的放电，在此期间从电池单元-1 302抽取的电流I2 508大约为零安培。
备选地，第二电流量可以被施加到被隔离的电池单元。第二电流量可以是与第一电流量不同的任何合适的量，诸如不同的充电电流量。备选地，第一电流量的施加可以被中断，有效地停止向电池单元施加任何充电电流。第二电流量被施加了至少特定时间量，例如从大约一秒到大约十秒。返回到电流图600，施加电流I1 602从时间t1到时间t2被中断，在此期间施加到电池单元的电流I2 608大约为零安培。
在410，当第二电流量被抽取时，测量被隔离的电池单元电压的第二实例。备选地，当没有电流被抽取时，诸如当放电被中断时，电压的第二实例可以被测量。可以在第二电流量被抽取时、或者在放电中断的情况下第二电流量未被抽取时的任何时间点测量被隔离的电池单元的电压。在本示例的上下文中，当电流I2 508被抽取时，参数估计器204经由感测电路214测量电池单元-1 302的电压V2 510。
在当前应用的备选情况下，在第二电流量被施加时，被隔离的电池单元的电压的第二实例被测量。在一些情况下，当没有电流被施加时，诸如当充电被中断时，电压的第二实例被测量。可以在第二电流量被施加、或者在充电中断的情况下第二电流量不被施加时的任何时间点测量被隔离的电池单元的电压。返回到电压图604，当电流I2 508被施加时电池单元的电压V2 610被测量。
在412，基于所抽取的电流量和所测量的电压的实例来估计被隔离的电池单元的内部电阻。由于隔离电路或开关电路允许电池单元的隔离，所以当该操作和其它前述操作被执行时，计算设备的其他电池单元可以继续充电或提供操作功率。扩展欧姆定律以基于图5的值来估计被隔离的电池的内部电阻(IR)得到等式1。
继续正在进行的示例，参数估计器204将V1 506、V2 510、I1 502和I2 508应用于等式1以估计电池单元-1 302的IR。然后，参数估计器204可以利用所估计的内部电阻来更新电池单元-1 302的电池模型。通过这样做，电池管理器118可以预测电池单元-1 302在各种条件下提供电流的能力。
备选地，可以基于所施加的电流量和所测量的电压的实例来估计被隔离的电池单元的内部电阻。扩展欧姆定律以基于图6的值来估计被隔离的电池单元的IR得到等式2。
可选地，在414，被隔离的电池单元被切换回与计算设备的其他电池单元一起操作。在一些情况下，这可以包括将被隔离的电池单元切换回到具有可能正在充电的计算设备的另一电池单元的电路中。备选地，被隔离的电池单元可以被切换回与另一电池单元一起为计算设备提供操作电流。结束本示例，参数估计器经由开关电路326将电池单元-1 302与电池单元304至308组合，其可以继续向膝上型计算机108充电或提供操作电流。
图7描绘了用于估计电池单元的电容或浓度电阻的方法700，包括由电池管理器118或参数估计器204执行的操作。
在702，电池单元与计算设备的另一电池单元隔离。电池单元可以利用任何合适的开关电路或隔离电路与其他电池单元隔离。在一些情况下，电池单元与被布置在并联或串联配置中的多个其他电池单元隔离。当电池单元被隔离时，计算设备可以继续从其他电池抽取操作电流或向其他电池施加充电电流。
在704，从被隔离的电池单元中抽出已知电流量，以有效地对被隔离的电池单元进行放电。已知电流量可以是任何合适的电流量，诸如由计算设备的组件所消耗的电流。作为示例，考虑图8的电流图800，其中电流702从被隔离的电池单元被抽取。这里，假设电流802包括通过将器件的组件设置为已知状态(例如，显示为全亮度)而从隔离电池单元抽取的大约375mA的电流。备选地，已知电流量可以被施加到被隔离的电池单元，诸如充电电流。在一些情况下，已知电流量基于电池单元的恒定电流充电分布。该备选情况的示例由图9的电流图900示出，其中电流902被施加到电池单元(由负电流值表示充电)。
在706，已知电流量的抽取被停止以有效地中断被隔离的电池单元的放电。在一些情况下，通过将被隔离的电池单元切换出放电电路中来停止电流的抽取。这可以有效地允许隔离的电池单元的电压稳定或放松。在从电池单元放电电流的情况下，在当前图形800的时间轴上位于零秒的时间804处停止电流802的放电。在施加电流的替代情况下，施加电流可以中止对隔离电池的充电中断。返回到当前曲线图900，在当前图形900的时间轴上位于零时刻的时间904停止当前902的应用。
在708，在停止抽取电流之后测量隔离电池单体电压的第一实例。可以在停止从隔离的电池单元抽出电流之后立即测量该电压的第一实例。如电压分布图806所示，在电流802的放电被中断之后的零时刻，在电池单元的端子处测量电压808。备选地，可以在停止施加已知量的电流之后测量隔离的电池单元的电压的第一实例。电压分布图906示出了其一示例，其中在中断施加电流902之后，在零时刻测量电压908(例如，端电压)。
在710，等待持续时间以有效地允许被隔离的电池单元的电压稳定。等待更长的持续时间可以允许对被隔离的电池的电压变化的更准确的测量。在一些情况下，等待的持续时间的范围从充电被中断后的120秒到一小时。在其他情况下，持续时间要短得多，诸如大约60秒到120秒。在本示例的上下文中，假设等待的时间量为3500秒或大约58分钟，如电压图806或906所示。
在712，在等待持续时间之后测量被隔离的电池单元的电压的第二实例。如操作710所述，持续时间的范围从60秒到120秒，或者高达一小时或以上。继续正在进行的示例，在从停止放电电流802起等待3500秒后测量电压810。作为附加的示例，电压分布812和电压分布814分别示出了与0.2C和0.7C的放电速率相关的电压松弛。
在将电流施加到电池单元的备选情况下，也可以在等待如关于操作712所描述的持续时间之后测量电压的第二实例。这里，在从停止充电电流902的施加起等待3500秒之后测量电压910。作为附加的示例，电压分布912和电压分布914分别示出与0.2C和0.7C的充电速率相关的电压松弛
在714，基于已知电流量和所测量的电压的实例来估计被隔离的电池的电容或浓度电阻。在被隔离的电池单元的电压提供足够的时间以松弛(例如，～1小时)的情况下，可以使用等式3来计算浓度电阻。
在放电电流的上下文中，可以根据电流802、电压808和电压810来确定被隔离的电池单元的浓度电阻。这里，用于等式3的这些值在图8中被示出为ΔI 816和ΔV 818。在充电电流的情况下，可以使用图9的类似值(其被示为ΔI 916和ΔV 918)来计算浓度电阻。
在一些实施例中，可以从较短持续时间上收集的数据预测被隔离的电池单元的松弛电压或稳态电位。在一些情况下，这对于准确地估计浓度电阻或电容是有效的，而不必等待电池单元的电压完全松弛或稳定。在这种情况下，可以基于在少至60秒、120秒或600秒上收集的数据来估计浓度电阻或电容。
如等式4所示，可以通过线性化电压(开路电位(OCP))松弛曲线和拟合(A值和B值)线性化来估计电池单元的稳态电位，等式4可以被应用于与对电池单元进行放电相关联的值。图10中在1000处示出了等式4的图形表示，其示出电位的对数与时间的平方根。
因为OCP不是精确知道的，所以针对OCP的估计可以通过改变OCP以最大化R2来进行，如1002处所示，其包括与实验结果1004的拟合。此外，根据该拟合模型并且如图11所示，可以在如电压图1100所示的拟合模型和实验数据的结果之间进行比较。这里，注意在120秒内，该模型与实验结果拟合良好。然而，将比较外推至一小时可能会导致误差略微增加，如电压图1102所示。
利用能够估计OCP的模型，还可以使用等式5来找到浓度电阻。
电池单元的电容也可以通过找到用于等式4的时间常数来被确定，其能够被求解并且被写为如下面所示的等式6。
At t＝0，V＝V0
At t＝t1＝τ，V＝V1
τ＝C*IR
在将电流施加到电池单元的备选情况下，可以通过执行类似的线性化来估计电池单元的稳态电位，其在等式7中示出。在图12中在1200处示出等式7的图形表示，其示出电位的对数与时间的平方根。
针对OCP的估计可以通过改变OCP以最大化R2来进行，如1202所示，其包括与实验结果1204的拟合。此外，根据该拟合模型并且如图13所示，可以在如电压图1300所示的拟合模型和实验数据的结果之间进行比较。这里，注意在120秒内，该模型与实验结果拟合良好。然而，将比较外推至一小时可能导致误差略微增加，如电压图1302所示。
利用能够估计OCP的模型，还可以使用等式8来找到浓度电阻。
电池单元的电容也可以通过找到用于等式7的时间常数来被确定，其能够被求解并且被写为如下面所示的等式9。
At t＝0，V＝V0
At t＝t1＝τ，V＝V1
τ＝C*IR
因此，可以利用本文所描述的模型来估计被隔离的电池单元的电容或浓度电阻。通过这样做，放电或充电被中断的持续时间能够被最小化。一旦估计了电容或浓度电阻，方法700可以可选地将被隔离的电池单元切换回到具有计算设备的其它电池单元的电路。
一旦针对电池单元估计了内部电阻、电容或浓度电阻，则可以利用所估计的值来构建或更新电池单元的模型。通过这样做，能够更精确地预测电池单元的性能(现在或将来)。在一些情况下，可以利用电池单元的模型来使能电池单元的更高效的使用。
例如，电池管理器118可以基于电池单元的模型和充电状态来估计未来的电池性能。使用由电流负载监测器206和工作负载估计器208提供的信息，电池管理器118能够预测电池单元在不同负载下将如何执行(例如，提供电流的能力)。基于电池单元的所预测的性能，负载分配器210然后可以最佳地跨一个或多个电池单元来分配系统电流抽取，以最大化电池效率或最小化与本文所描述的参数相关联的内部电池损耗。
图14描绘了用于计算多个电池的电池参数的方法1400，包括由电池管理器118或电池监测器202执行的操作。
在1402，从计算设备的多个电池抽取计算设备的系统电流。多个电池可以被配置为电池的同质组合或具有不同化学类型或不同容量的电池的异质组合。备选地，充电电流可以被施加到计算设备的多个电池。
在1404，多个电池之一与多个电池隔离以用于参数表征。电池可以通过任何合适的开关或隔离电路来被隔离。在一些情况下，电池与串联的其他电池和并联的其他电池隔离。备选地或附加地，电池可以与与电池并联连接的大容量电容隔离。
可选地，在1406处并且当电池被隔离时，继续从计算设备通过其操作的其他多个电池抽取系统电流。备选地，当电池被隔离时，充电电流可以被施加到其他多个电池。
在1408，允许电池休息预定的时间量。这可以有效地允许电池的属性(诸如温度、电压等)稳定。
在1410处，在放电或施加预定义电流分布下轮询电池的电压。预定义电流分布可以包括变化的电流量或者电流的放电或施加中的中断，诸如本文所描述的那些。在一些情况下，预定义电流分布可以被配置为使得能够计算特定电池参数，诸如内部电阻、电容或浓度电阻。
在1412，基于轮询的结果来计算电池的参数。轮询的结果可以包括在施加预定义电流分布期间在特定点进行的多个电压测量。从操作1412，方法1400可以返回到操作1402，以便计算计算设备的多个电池中的另一电池的参数。
这些方法的方面可以被实现在硬件(例如，固定逻辑电路)、固件、片上系统(SoC)、软件、手动处理或其任何组合中。软件实现表示当由计算机处理器执行时执行指定任务的程序代码，诸如软件、应用、例程、程序、对象、组件、数据结构、程序、模块、功能等。程序代码可以被存储在计算机处理器本地和/或远程的一个或多个计算机可读存储器设备中。这些方法还可以由多个计算设备在分布式计算环境中实践。
示例设备
图15示出了示例设备1500的各种组件，其可以被实现为参考前面的图1至图10所描述的任何类型的移动、电子和/或计算设备来实现估计电池参数的技术。在实施例中，设备1500可以被实现为有线和/或无线设备之一或组合，作为电视客户端设备(例如，电视机顶盒、数字录像机(DVR)等)、消费者设备、计算机设备、服务器设备、便携式计算机设备、用户设备、通信设备、视频处理和/或渲染设备、器械设备、游戏设备、电子设备和/或另一类型的设备的形式。设备1500还可以与操作设备的用户(例如，人)和/或实体相关联，使得设备描述包括用户、软件、固件和/或设备的组合的逻辑设备。
设备1500包括通信模块1502，其使能设备数据1504的有线和/或无线通信(例如，接收到的数据、正在接收的数据、调度用于广播的数据、数据的数据分组等)。设备数据1504或其他设备内容可以包括设备的配置设置、存储在设备上的媒体内容和/或与设备的用户相关联的信息。存储在设备1500上的媒体内容可以包括任何类型的音频、视频和/或图像数据。设备1500包括一个或多个数据输入1506，经由该一个或多个数据输入1506能够接收任何类型的数据、媒体内容和/或输入，诸如用户可选择的输入、消息、音乐、电视媒体内容、记录的视频内容和从任何内容和/或数据源接收到的任何其他类型的音频、视频和/或图像数据。
设备1500还包括通信接口1508，其可以被实现为串行和/或并行接口、无线接口、任何类型的网络接口、调制解调器以及任何其他类型的通信接口中的任何一个或多个。通信接口1508在设备1500和通信网络之间提供连接和/或通信链路，其他电子、计算和通信设备通过该通信接口1508与设备1500通信数据。
设备1500包括一个或多个处理器1510(例如，微处理器、控制器等中的任一项)，一个或多个处理器1510处理各种计算机可执行指令以控制设备1500的操作并且使能用于估计电池单元参数的技术。备选地或附加地，设备1500可以利用硬件、固件或固定逻辑电路中的任一项或组合来被实现，其结合通常在1512处标识的处理和控制电路来被实现。尽管未示出，但是设备1500可以包括系统总线或数据传输系统，其耦合设备内的各组件。系统总线可以包括不同总线结构中的任一项或组合，诸如存储器总线或存储器控制器、外围总线、通用串行总线和/或利用各种总线架构中的任一种的处理器或局部总线。设备1500可以被配置为从任何合适的功率源(诸如电池单元122、功率电路120、各种外部功率源等)进行操作。
设备1500还包括计算机可读存储介质1514，诸如使能持久和/或非瞬态数据存储(即与纯信号传输相反)的一个或多个存储器设备，其示例包括随机存取存储器(RAM)、非易失性存储器(例如，只读存储器(ROM)、闪速存储器、EPROM、EEPROM等中的任一个或多个)和盘存储设备。盘存储设备可以被实现为任何类型的磁性或光学存储设备，诸如硬盘驱动器、可记录和/或可重写的紧凑盘(CD)、任何类型的数字通用盘(DVD)等。设备1500还可以包括大容量存储介质设备1516。
计算机可读存储介质1514提供数据存储机制以存储设备数据1504以及各种设备应用1518和与设备1500的操作方面相关的任何其它类型的信息和/或数据。例如，操作系统1520可以利用计算机可读存储介质1514作为计算机应用来被维护并且在处理器1510上被执行。设备应用1518可以包括设备管理器，诸如任何形式的控制应用、软件应用、信号处理和控制模块、原生于特定设备的代码、特定设备的硬件抽象层等。
设备应用1518还包括用于实现技术的任何系统组件或模块，诸如电池管理器118及其组件的任何组合。
结论
尽管已经以特定于特征和/或方法的语言描述了估计电池单元参数的技术和装置的实施例，但是应当理解，所附权利要求的主题不一定限于所描述的具体特征或方法。相反，具体特征和方法被公开作为估计电池单元参数的示例实现。

Claims (15)

1.一种用于估计计算设备的电池单元的内部电阻的计算机实现的方法，所述方法包括：
从所述计算设备的所述电池单元抽取第一电流量；
当所述第一电流量被抽取时，测量所述电池单元的电压的第一实例；
从所述电池单元抽取第二电流量；
当所述第二电流量被抽取时，测量所述电池单元的电压的第二实例；以及
基于从所述电池单元抽取的所述第一电流量和所述第二电流量以及所述电池单元的电压的所述第一实例和所述第二实例，来估计所述电池单元的所述内部电阻。
2.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，还包括在抽取所述第一电流量或所述第二电流量之前，将所述电池单元与所述计算设备的另一电池单元隔离。
3.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其中所述第二电流量大约为零安培电流。
4.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其中所述第二电流量从所述电池单元被抽取约一至十秒。
5.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其中当抽取和测量的动作被执行时所述计算设备正操作在从所述电池单元或其他电池单元抽取的功率上。
6.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其中所述电池单元的化学性质与所述设备的另一电池单元的化学性质不同。
7.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其中所述电池单元的容量与所述设备的另一电池单元的容量不同。
8.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，还包括基于所述电池的所述内部电阻来估计所述电池向所述设备提供功率的能力。
9.一种系统，包括：
多个电池单元，所述系统从所述多个电池单元抽取用以操作的电流；
开关电路，被配置为使得电流能够从所述多个电池单元中的每个电池单元被抽取或者被应用于所述多个电池单元中的每个电池单元；
感测电路，被配置为测量所述系统的所述多个电池单元的相应电压电平；以及
电池参数估计器，被配置为执行操作，所述操作包括：
经由所述开关电路将电池单元与所述系统的所述多个电池单元隔离；
经由所述开关电路从被隔离的所述电池单元抽取第一电流量；
当所述第一电流量被抽取时，经由所述感测电路测量被隔离的所述电池单元的第一电压电平；
经由所述开关电路从被隔离的所述电池单元抽取第二电流量；
当所述第二电流量被抽取时，经由所述感测电路测量被隔离的所述电池单元的第二电压电平；以及
基于从被隔离的所述电池单元抽取的所述第一电流量和所述第二电流量以及被隔离的所述电池单元的所述第一电压电平和所述第二电压电平，来估计被隔离的所述电池单元的内部电阻。
10.根据权利要求9所述的系统，其中所述第二电流量从被隔离的所述电池单元被抽取约一至十秒。
11.根据权利要求9所述的系统，其中所述第二电流量大约为零安培电流。
12.根据权利要求9所述的系统，其中当抽取和测量的动作被执行时所述计算设备正操作在从被隔离的所述电池单元或所述多个电池单元中的其他电池单元抽取的功率上。
13.根据权利要求9所述的系统，其中被隔离的所述电池单元的化学性质与所述多个电池单元中的至少一个其他电池单元的相应容量不同。
14.根据权利要求9所述的系统，其中被隔离的所述电池单元的容量与所述多个电池单元中的至少一个其他电池单元的相应容量不同。
15.根据权利要求9所述的系统，其中所述操作还包括基于被隔离的所述电池单元的所述内部电阻来估计被隔离的所述电池单元向所述系统提供功率的能力。
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