CN110383616A - 控制电池充电水平 - Google Patents

Abstract

本发明涉及提供充电水平控制电路以校准电池容量。该电路可以具有电池控制电路以将电池维持在不低于目标充电水平，目标充电水平满足电子设备的能量需求。还可以在充电水平控制电路中提供电池校准电路，以便使电池的充电水平在目标充电水平与大于目标充电水平的校准充电水平之间暂时改变。测量与改变电池的充电水平相关联的电池的一个或多个电参数。这些测量值可以与对应于电池的特征函数的数据一起使用，以计算校准的电池充电容量。可以基于校准值调整目标充电水平以满足设备能量需求。可以提供对应的系统、方法和机器可读指令。

Description

控制电池充电水平

技术领域

本文描述的实施例整体涉及电池充电。更具体地，实施例涉及控制电池的充电水平以执行电池充电容量的校准。

背景技术

众所周知，随着电池的充电循环的次数增加，电池的满充容量通常减少。诸如可再充电电池的电池可以用作诸如服务器的电子设备的备用电池。当这些电池用作持久电源时，它们可能被部署为满充电，并且当电池衰减到例如新电池容量的80％的容量时，通常建议更换电池。为了确定容量何时降低到适于更换电池的位置，可能需要校准电池。通常，可以通过使电池完全放电并根据放电参数测量可能衰减的电池的实际满电池容量来执行该校准。然而，电池放电可能至少在校准期间损害可用的“备用时间”。备用时间可以是相关电子设备可获得特定电力以补偿对主电源的任何中断的时间。如果未执行校准，则由于高估了可用的满电池容量，因此可能在晚于可取的情况下更换衰减的电池。

将电池的操作充电水平降低到100％以下可以延长电池寿命，因为较低的电压与减小的操作充电水平相关联并且这导致对电池的较少损坏。电池可以在电子设备中以低于100％的操作充电水平部署。操作充电水平越低，电池的预期可能寿命延长就越大。然而，一些电子设备可能具有相关电池的最小能量需求，使得为新电池设定的操作充电水平可能变得不足，因为满电池容量在电池的整个寿命期间减小。类似于在满充电或接近满充电时部署的电池的情况，通过使电池完全放电来执行的校准可能损害相关电子设备的功能。其中可以部署可再充电电池的电子设备的示例包括但不限于不间断电源、电动车辆、机器人、无人机和服务器。

附图说明

在附图中，通过示例而非限制的方式示出了本文描述的实施例，其中相同的附图标号指代类似的元件：

图1示意性地示出了根据本发明的包括可再充电电池的装置，该可再充电电池具有包括充电水平控制电路的电量计集成电路；

图2示意性地示出了图1的装置的充电水平控制电路的架构；

图3示意性地示出了电池电压相对于以百分比计的剩余电池寿命的曲线图，其表示在电池寿命期间可能不变的特征函数；

图4示意性地示出了图3的特征函数，示出给定目标充电水平的数据点和对应的测量电池电压；

图5是示意性地示出图3和图4的特征函数的曲线图，但附加地示出两个不同的校准点；以及

图6是示意性地示出根据本发明的校准方法的流程图。

具体实施方式

本公开的示意性实施例包括但不限于用于控制电池的充电水平以执行电池充电容量的校准的方法、系统、装置和机器可读指令。

图1示意性地示出了电池供电的系统，其包括电池110、电量计集成电路120、电源单元150和电子设备160。电子设备可以是例如电池110向其供电的服务器装置。电池可以是“备用电池”，其在正常操作状况下不是电子设备160的操作电源，而是存储足够的能量以在主电源故障的情况下提供电子部件的安全关闭或者为执行数据备份提供足够的电力。电池110是可再充电电池，诸如锂离子(Li离子)电池，其可以在电量IC 120上设置的一个或多个微处理器130的控制下经由电源单元150来再充电。

电池110具有正端子112、负端子114和传感器输出端子116，该传感器输出端子将一个或多个电池工作参数(诸如电池温度、电池阻抗和峰值电池功率)馈送到微处理器中的一组充电水平控制电路132。在图1的示例中，温度传感器118被布置成读取电池110的温度。除了具有充电水平控制电路132的微处理器130之外，电量计集成电路120还包括第一模数转换器(ADC)122，以在将来自温度传感器118的输入模拟数据提供给微处理器130之前将该数据转换成数字格式。第二ADC 124将来自电流积分器119的输入模拟数据转换成数字格式。

电流积分器119是执行电流的时间积分的电子设备，从而测量通过它的总电荷。电流积分器119可以是例如感测电阻器或库仑计或等效物，并且其功能是在一时间段(例如对应于充电间隔或放电间隔的时间段)内监测在充电循环中供应给电池110(或在放电循环中从电池接收)的总电荷量。这可以通过例如按照Q＝I×t计算以库仑为单位的总电荷量Q来计算，其中I是充电电流(例如恒定充电电流)，并且t是以秒为单位的时间间隔，在该时间间隔期间，充电电流被供应到电池110以执行充电。欧姆定律：V＝I×R可以用于在电流测量值与电压测量值之间进行转换。可替代地，电流积分器119可以测量在放电或部分放电期间从电池流出的总电荷。充电水平控制电路132可以被布置成使用正电池端子112来测量开路电压或闭路电压。

电量计IC 120具有电流和电压(I&V)调节器134，在将电池110受控充电至校准充电水平期间，当将来自电源单元150的电力提供给电池110时，该电流和电压调节器执行电流或电压调节中的至少一个。电流和电压调节器134还可以或替代地被布置成在电池110从校准充电水平放电到较低充电水平期间控制电流和电压。由充电水平控制电路132执行的电池110的充电或放电可以是部分充电或部分放电，例如，至少10％充电或至少10％放电。对于10％的充电或放电，校准的准确度可能是足够的，虽然在一些示例中，更高的百分比可以提供改进的校准精度水平(如果合适的话)。

电池110的充电水平可以以量纲单位测量，诸如库伦或安培小时(Ah)，其中1Ah等于3600库仑。电子设备160所需要的电池110的能量需求可能以诸如瓦特小时(Wh)的单位来测量，其中1Wh相当于3600焦耳。电流积分器119可以测量在电池充电时间间隔期间从电源单元150供应到电池110的总充电量。可替代地，电流积分器119可以在给定时间间隔内测量在电池110的放电期间流出电池的电荷。

由于多次充电-放电循环而可能发生电池的劣化，并且这可能导致在电池寿命期间满电池容量((full battery capacity))随时间推移而减少。因此，由制造商指定的例如新电池的满容量可能在使用中下降。因此，在电池容量以无量纲单位(诸如百分比充电水平)表示的情况下，在电池部署开始(电池在电量计120上记录100％充电时)存储在电池110中的总能量可能小于在几年后(在多次充电和放电循环之后)可存储在电池中的总能量。为了解决这一点，执行电池校准以准确估计给定时间可用的满电池容量是合适的。

先前已知的系统可能使电池保持在满充容量(full charge capacity)或接近满充容量，并且通过执行电池的受控放电并通过在完全放电时测量通过电池的电荷来周期性地启动校准。然而，将电池放电至低或可忽略不计的充电水平以执行校准，可能意味着，电子设备160从诸如备用电源的电池110中获得的可用电力(如果需要)，可能在延长的时间段内受到损害。例如，作为校准循环的一部分，可能需要几个小时才能使电池完全放电并且需要几个小时来使电池充电。通过提供减少停机时间的校准系统，可以改善部署在电子设备中的电池110的有效性。

根据本发明的充电水平控制电路132可以在微处理器130中实现为通用或专用处理硬件、机器可读指令、固件或其组合。它允许通过将电池110的充电水平保持在至少目标充电水平，目标充电水平足以至少满足电子设备的能量需求(例如，便于安全关闭的最小备用能量需求)来减少校准停机时间。在一个示例中，目标充电水平可以是满充电(fullcharge)的60％。目标充电水平可以根据电子设备160的功率需求(例如以瓦特(W)为单位)和电池110要维持的目标运行时间来计算，以给出以Wh为单位的能量需求。与通过将电池充电至达到或接近满充电可引起的情况相比，在校准事件之间将电池110维持在目标充电水平而不是在完全或更高的充电水平，可以通过减少对电池化学物质的损坏来延长电池的使用寿命。在校准之间适当地将电池110保持在接近100％容量的水平的情况下，当执行校准时，电池可以放电到不低于目标充电水平的值，这使得电池不太可能因校准而无法满足设备能量需求。

充电水平控制电路132通过以下来执行电池校准：通过使电池110的充电水平在目标充电水平与校准充电水平之间过渡，并且确定供电以提高充电水平(充电周期)或降低充电水平(放电周期)对电池的至少一个电参数的影响。目标充电水平和校准充电水平可以限定一定范围，在该范围内，使得电池的充电水平在该范围内的两个水平之间变化以执行满充电校准。通过将校准充电水平保持在满充电水平以下，例如，等于或低于满充电水平的90％，可以延长电池的寿命。然而，在校准期间，电池不需要长时间保持在较高的充电水平，这意味着损坏电池的可能性较小。

图1的示例中的充电水平控制电路132设置在电量计IC上，但在一些替代示例中，它可以被设置为单独部件，并且在其他替代实例中，它可以与电池一起提供作为电池组件(诸如备用电池组件)的一部分。

图2示意性地示出了图1的充电水平控制电路132的架构。该架构可以实现为机器可读指令、可配置硬件、专用硬件或其任何组合，并且可以至少执行下面描述的图6的流程图的功能。充电水平控制电路210包括电源控制电路210和电池校准电路250。

电源控制电路具有充电循环启动器212、充电和放电控制器214、目标充电水平寄存器216和设备能量需求寄存器218。

电池校准电路250具有校准触发器252、电压读取器254、充电监测器256、电池充电容量计算器258和存储的特征函数数据260。

首先考虑功率控制电路210，充电循环启动器212可以触发电池的校准循环，在此期间，经由I&V调节器134从电源单元150向电池供电。充电循环启动器212可以被布置成根据可配置的时间段周期地触发校准循环，或者可替代地，可以间歇地或至少一次地触发校准。可以响应于用户输入或响应于操作条件的变化来执行校准的间歇触发，所述操作条件的变化例如为检测到的电池温度下降到阈值温度以上或以下。

可以响应于用户输入或响应于诸如检测的电池温度下降到低于阈值温度的操作状况改变来执行校准的间歇触发。充电和放电控制器214可以用于在校准事件期间控制电池110的充电和/或放电。如果在将电池从目标水平充电到校准水平时，经由I&V调节器134提供受控电流和电压，则可以使用放电控制器214，尽管一些情况下可能不需要它。类似地，如果执行使电池从校准水平受控放电回到较低充电水平(诸如目标充电水平)，则可以在校准开始时使用充电和放电控制器214以执行将电池110受控充电到校准水平，但可能不需要它。

目标充电水平寄存器216存储可根据设备能量需求218计算的值，其可以存储在存储器中。设备能量需求218可以具有固定值，而每次重新校准电池时，可以调整目标充电水平以满足设备能量需求。在目标充电水平是无量纲百分比充电水平或相应电压值的情况下，当电池110老化时，为了达到给定的设备能量需求(例如以Ah或Wh为单位)，满足能量需求所需的电池的最小百分比充电水平可能随着电池老化而逐渐增加。

设备能量需求的一个示例可以是在给定设备额定功率下将电子设备160保持在该额定功率下给定时间以确保在主电源中断的情况下安全关闭所需的能量。其中电子设备160是服务器的另一个示例，可能是需要足够的能量以允许响应于电源中断事件来执行系统备份。电子设备的另一个示例，可以是可能不经常部署的救援机器人或无人机，其中可以基于机器人或无人机的额定功率和单个部署事件的典型部署时间来设置设备能量需求218。又一些示例可以涉及电动移动设备或电动车辆的可配置的最小能量需求，期望将电池充电保持在非零充电水平。不希望为了校准的目的，将电动车辆放电至例如0到10％的充电水平的范围，因为这可能潜在地导致用户的行程中断，除非校准被仔细地定时。

设备能量需求218可以通过基于以下数据预测用户的使用模式或行为的算法来计算，例如，基于特定用户或一组用户的给定时间间隔中的历史使用数据中的至少一个并且可能基于人口统计数据等。可以适当地更新基于这种预测计算的能量需求218，以增加或至少保持预测的准确度。可替代地或另外地，电池校准事件的触发可以取决于电子设备的预测使用模式。

接下来考虑电池校准电路250，校准触发器252被布置为通过调用电源控制电路212的充电循环启动器212来触发校准事件。校准的触发可以是周期性的、以不规则的时间间隔重复、或者响应于一个或多个可测量的因素而触发，这些因素可能导致电池的期望目标充电水平的变化。此类可测量因素的示例包括电池温度、电池阻抗和峰值功率。在一些示例中，校准触发器可以致使放电控制器214将电池从在校准事件之间维持的高充电水平放电到目标充电水平但不低于目标充电水平。

电压读取器254被布置成测量电池的电压以用于校准目的。给定电池电压读数，来自特征函数数据260的电池的特征函数可以用于获得表示为百分比的对应电池容量。当在电池上没有负载的情况下测量电压时，电压测量可以提供最大电池容量的准确值。由电压读取器254测量的电压可以是但不限于开路电压、无电流下的电压、或具有校准的电流下的电压中的一个。例如，可以根据以下公式中的至少一个来执行电压测量的一个校准：

Voc＝V_MEAS+(R_BAT×I_DISCHARGE)…[等式1]

Voc＝V_MEAS-(R_BAT×I_CHARGE)…[等式2]

其中Voc是开路电压，V_MEAS是测量电压，R_BAT是电池的电阻，I_DISCHARGE是放电电流，并且I_CHARGE是充电电流。

由于克服电池的内阻(或阻抗)所消耗的能量，可用电池容量可以小于基于开路电压的电池容量。电池电阻的平均值可以用于上述等式中，以在开路电压和电流下的电压之间进行转换。在一些示例中，当进行电压测量时，可以根据电池温度、电池寿命和电池充电状态中的至少一个来对估计的电池电阻进行调整。

充电监测器256被布置成在校准事件的充电循环期间测量从电源单元传递到电池110以将电池从较低电压(大于或等于目标电压)转换到较高电压的以库仑为单位的总电荷。可替代地或此外，充电监测器256可以用于在放电校准循环期间测量经由电流积分器119传递的以使电池从校准电压降低到较低电压的以库仑为单位的总电荷。

电池充电容量计算器258使用由电压读取器254进行的电压测量和由充电监测器256确定的积分电流(总电荷)，并且参考特征函数数据260以诸如库伦或Ah的量纲单位执行电池充电水平的校准。特征函数数据260可以存储在电池校准电路250本地的存储器中，或者替代地可以由电池校准电路250远程访问。

图3示意性地示出了电池的特征函数的一个示例，其可以被实现为

图2的电池校准电路250的特征函数数据260。图3是特定电池的电压相对于以百分比计的剩余电池寿命的曲线图。被表示为百分比的剩余电池容量是无量纲量，尽管可以基于例如满电池容量的最新估计将以Ah为单位的电池容量值映射到百分比值。新电池可能具有制造商指定的最大容量，其将对应于100％的剩余电池寿命。然而，由于电池随时间推移而衰减，实际最大容量可能会相对于制造商指定的最大值下降。因此，将电池容量的量纲值重新映射到图3的曲线图的x轴的百分比值可能是合适的。这就是执行校准(重新校准)的原因。电池的一些特性相对于电池的使用年限是不变的。

图3的曲线图是两个电池特性之间的关系的一个示例，该两个电池特性之间的关系预期随时间不变，或者至少相对于以Ah(或替代量纲)为单位的最大电池容量随时间的衰减不变。因此，无论电池的使用年限如何，对于其化学物质由图3表征的电池，60％的剩余电荷应当导致特征函数所涉及的电池的电压读数为3.9V。图4中示出了对应于3.9V的60％剩余电池寿命的数据点，其具有与图3中所示的相同的特性函数。作为对比，电压相对于以Ah为单位的电池容量的曲线图预期随电池使用年限而变化。不同的电池类型可能具有不同的特性函数。图3的示例涉及锂离子电池，但不同的电池可以具有不同的特性函数，这取决于例如电池化学物质的差异。

图5示意性地示出了图3的特征函数图上的数据点以用于涉及两个校准点X1 510和X2 520的示例性电池校准。在图5中，第一校准点510对应于校准开始时的目标充电水平，其为60％的剩余电池寿命(图5的x轴上的点X1)并且对应于电池特征函数上的刚好低于3.9V的电压。第二校准点520对应于比第一数据点更高的充电水平，被表示为“校准充电水平”，在该水平下电池已被充电至其满容量的100％(x轴上的点X2)并且对应于4.2V的电压。在其他示例中，校准充电水平可以小于x轴上的容量的100％，但大于目标充电水平，目标充电水平取决于装置能量需求。图5的示例性校准过程如下：

i.将新电池充电至目标充电水平(图5中的X1)以满足相关电子设备的能量需求(例如，备用时间)。目标充电水平可以是但不限于安全关闭设备所花费或备份服务器的数据所花费的以瓦特小时(1Wh＝3600J)为单位的能量。在图5的示例中，基于100Wh的新电池容量，备份时间为60Wh。

ii.通过从电源单元150(图1)提供电力以保持目标充电水平(如果适当的话)，在操作期间将电池保持在充电百分比X1。这延长了电池的使用寿命。可替代地，在操作期间，电池可以保持在高于目标水平的水平，并且可以放电至不低于目标水平以执行校准。在另一个替代方案中，操作充电水平高于目标水平，并且校准水平又高于操作水平。

iii.周期性地(或间歇地或至少一次)将电池充电至校准充电水平X2。在操作充电水平高于目标充电水平(诸如至少大10％)的示例中，可以省略充电步骤，因为校准可以经由部分放电来执行。

iv.从点X1(对应于曲线图点510)和点X2(对应于曲线图点520)的特征函数曲线(图5)的y轴读取电池电压值，并且通过参考示出电压与剩余充电百分比之间的关系的图表(或等效存储数据，诸如表示相同特征函数的表格)读取每个电压的对应充电百分比。

v.监测从电源单元150传递的以库仑为单位的总电荷(Q_total)，以将电池从充电百分点X1升高到点X2。可替代地，当电池从X2放电到X1时，监测从电池流出的电荷。

vi.通过以下等式计算衰减电池的电池满充容量Q_{full charge}：

其中容量Q_{full charge}和Q_total可以Ah(库仑)或Wh(焦耳)表示。

vii.基于上述校准结果重新计算目标充电水平X1'，并在操作期间将电池保持在新的X1'，或者如果需要，将电池保持在更高的充电水平。保存新的目标充电水平并至少使用其来指定后续校准事件中的最小校准点。例如，如果所需的备用时间为60Wh且新的Q_{full charge}为90Wh，其中它最初为100Wh，则X1'＝(60/90)％＝67％的剩余电池寿命。

从电源单元150传递以使电池在充电百分点X1和点X2之间过渡的以库仑为单位的总电荷(Q_total)的监测可以等同于确定百分点X1和百分点X2之间的充电量值的差异。在图5的示例中，通过从电源单元150供应电荷，将电池充电水平从目标水平提升到电池容量的100％来执行校准。然而，在替代性示例中，校准充电水平可以小于100％，但大于电池校准开始时的目标充电水平。例如，10％的升高可能足以提供衰减(或部分衰减)的电池的Q_{full charge}的准确估计。可以执行校准以测量图5的曲线图上的任何两点之间的Q_total，前提是校准不涉及将电池放电到低于起始目标充电水平。这避免了在校准事件期间应当需要备用电源的情况下可能潜在地损害可用电池容量。第一充电水平X1可以大于或等于校准事件开始时的目标充电水平。X1和X2之间更大的量值差异可以提供更准确的校准，尽管将X2设置为100％的充电水平可能会对电池造成更大的损害，并因此加速Q_total的衰减。通过适当地设置X1和X2，可以在执行精确校准和确保即使在校准事件期间需要时备用电源可用之间实现平衡，并通过反复充电达到或接近100％剩余容量来减少对电池的任何潜在损坏。

图6是示意性地示出图1的布置如何执行电池校准的流程图。该过程在步骤610处开始，其中将电池设置为工作充电水平。在一些示例中，工作充电水平是目标充电水平，尽管它可能更高。对于新电池，目标充电水平可以基于制造商指定的最大电池容量，并且目标充电水平可以基于例如以瓦特小时为单位的能量量，该能量量表示在特定额定功率下确保相关电子设备(诸如服务器)的安全关闭而没有数据丢失的时间。目标充电水平的另一个示例可以对应于用于部署诸如机器人或无人机之类的电子设备的典型能量需求，部署可能在充电时段之间进行。目标充电水平可替代地对应于电池保持充电水平(其为电子设备的预测使用模式提供足够的电力)，同时减少电池容量随时间推移的可能衰减，这可能是由于将电池重复充电至100％容量所致。尽管在一些示例中，在步骤710处考虑了新电池，但是可替代的可以在步骤710处部署先前使用的电池，只要在开始时建立满充容量，并且当电池基于装置的能量需求而被初始部署时，初始目标充电水平被适当地设定。

在步骤620处，确定是否应当触发确定满电池容量的校准事件。取决于实施方式，可以根据可预先设置或用户可配置的时段周期性地触发校准，或者可以取决于例如备用电池的部署的阈值数量来间歇地自动触发校准。在又一些替代性示例中，在需要时可以由用户手动触发校准。如果在步骤620处确定没有触发校准，则过程行进到步骤622，其中如果合适的话，从电源单元150提供电力以使电池保持在步骤610处设置的工作充电水平。可能不需要供电来将电池保持在该水平，但这将取决于特定的部署场景。

另一方面，如果在步骤620处确定已经触发校准，则过程进行到步骤640，在此使电池充电水平在目标充电水平与较高充电水平之间过渡，并且在两个不同的校准点处进行两个电压读数V1和V2。可能方便的是，在工作充电水平等于目标充电水平的情况下，在目标充电水平测量V1，并且在等于或接近100％充电(诸如在图5的曲线图中的点X2 520)的校准充电水平测量V2。这提供了执行校准的良好范围，其可以提高准确度。在替代性示例中，可以在图5的特性曲线的x轴上的任何选定的不同点处测量V1和V2，条件是这些点是分开的，并且两个点都大于或等于对应于目标充电水平的百分比充电。校准点处的测量可以在特征曲线的充电轨迹上或放电轨迹上进行。在一些示例中，可以在充电轨迹和放电轨迹中的每一个上的两个点处进行测量，并且可以使用四个点来提供更准确的值。充电轨迹上的点的集合可以与放电轨迹上的点的集合处于不同的x轴值。在充电轨迹上，Q_total可以对应于经由充电电流供应的总电荷。在放电轨迹上，Q_total可以对应于经由放电电流流出电池的总电荷。

电压测量值V1和V2可以是开路或闭路电压测量值，如关于以上[等式1]和[等式2]所描述的。为确保可用电池电力(available battery power)不会由于校准事件而受到损害，电池的电压被升高到高于目标电压水平的校准电压水平，而不是通过使电池放电来执行校准。

接下来，在步骤660处，参考图3至图5的特征函数，并且使用[等式3]以及使电池在两个不同电压电平V1和V2之间或等效地在可用的满充电的两个不同百分比之间过渡所需的总充电输入的测量值，来重新校准完全电池充电。使用计算的图1的电流积分器119来确定Q_total的值，电流积分器在一些示例中是库仑计。

在步骤670处，计算适合于衰减的电池满容量的经调整的目标充电水平，并且随后在步骤680处，将电池恢复到所需的工作充电水平。在一些示例中，工作充电水平是在步骤670处计算的重新校准的目标充电水平，尽管它可能更高。在步骤670处计算的经调整的目标充电水平被存储以至少用于随后的校准事件，以在特性函数的x轴上设置最低充电水平，电池可被放电到该最低充电水平。然后，该过程从步骤680返回到步骤622，在步骤622中将电池保持在工作充电水平，等待下一个校准事件。

在将电池的工作充电水平设置为高于目标充电水平的示例中，可以通过将电池放电到与不低于基于设备能量需求计算的目标充电水平相对应的较低充电水平来执行校准。在一些此类示例中，可能期望在电池达到阈值(例如达到新电池容量的80％)时更换电池。在这种情况下，可以使用根据本发明的校准，同时考虑到电池容量随时间的衰减来确定更换电池的适当时间。一旦通过涉及电池放电到不低于目标充电水平的校准确定了电池的衰减的满充电，则可以基于设备的能量需求来确定电池的更换是否合适。在校准事件之后，如果确定电池的更换不合适，则如果需要，可以将电池再充电到比目标充电水平更高的百分比剩余电量。在这种情况下，类似于图6的示例，可以在图5的特性曲线的充电轨迹上或在放电轨迹上的点X1(电压V1)和X2(电压V2)(或等效校准点)之间执行校准，或者通过对充电轨迹和放电轨迹上的测量值进行平均来执行校准。

在本说明书中，短语“A或B中的至少一个”应当被解释为表示多个所列项目中的任何一个或多个，它们以任何和所有的排列方式被共同或分别地采用。

在功能单元已被描述为电路的情况下，电路可以是由程序代码配置以执行指定的处理功能的通用处理器电路。电路还可以通过修改处理硬件来配置电路。用于执行指定功能的电路的配置可以完全在硬件中，完全在软件中或使用硬件修改和软件执行的组合。程序指令可以用于配置通用或专用处理器电路的逻辑门以执行处理功能。

例如，电路可以被实现为硬件电路，硬件电路包括定制的超大规模集成VLSI、电路或门阵列的、现成半导体(诸如逻辑芯片、晶体管、或其他分立元件)。电路还可以在可编程硬件设备中实现，诸如现场可编程门阵列FPGA、可编程阵列逻辑、可编程逻辑设备、片上系统SoC等。

机器可读程序指令可以设置在诸如传输介质的暂态介质上或在诸如存储介质的非暂态介质上。此类机器可读指令(计算机程序代码)可以用高级过程或面向对象的编程语言实现。然而，如果需要，程序可以用汇编语言或机器语言实现。在任何情况下，语言可以是编译或解释语言，并与硬件实现相结合。

示例

以下实施例涉及本发明。

示例1是一种用于控制电池的充电水平的充电水平控制电路，所述充电水平控制电路包括：

电源管理电路，所述电源管理电路用于连接电源以控制所述电池的充电水平；

电池校准电路，所述电池校准电路用于控制所述电源管理电路以便使所述电池的充电水平在目标充电水平与大于所述目标充电水平的校准充电水平之间暂时过渡，并且测量与暂时过渡所述充电水平相关联的电池的一个或多个电参数，其中所测量的所述一个或多个电参数与对应于所述电池的特征函数的数据一起使用以计算电池充电容量值；

其中目标充电水平被设置为满足所述电池向其供电的电子设备的能量需求。

示例2可以是示例1的主题，其中暂时过渡所述电池包括对所述电池充电以至少从所述目标充电水平转换到所述校准充电水平，或者使所述电池放电以从所述校准充电水平过渡到不小于所述目标充电水平。

示例3可以是示例1或示例2的主题，其中所述电源控制电路用于在校准事件之间将所述电池维持在基于所述目标充电水平设置的充电水平。

示例4可以是示例1至3中任一个的主题，其中所述电池校准电路用于测量大于或等于目标充电水平的第一充电水平与大于第一充电水平的第二充电水平之间的充电量值的总差。

示例5可以是示例4的主题，其中存在以下中的至少一个：第一充电水平等于电池校准事件之前的目标充电水平；或者第二充电水平等于同一电池校准事件的校准充电水平。

示例6可以是示例4或示例5的主题，其中所述电池校准电路还用于确定对应于第一充电水平的第一电池电压和对应于第二充电水平的第二电池电压，其中基于第一电池电压、第二电池电压和充电量值的总差来计算电池充电容量值。

示例7可以是示例6的主题，其中电池校准电路将第一电池电压和第二电池电压测量为无电流下的电压，或者将电池的第一电池电压和第二电池电压测量为电流负载下的电压，并且调整电流负载以获得无电流下的等效电压。

示例8可以是示例4至示例7中任一个的主题，其中电池校准电路包括电流积分器，电流积分器用于测量由供应到所述电池以将电池从第一充电水平改变为第二充电水平的电力所产生的总充电量值差异，或者测量当电力从电池排出以将电池从第二充电水平改变为第一充电水平时的总充电量值差异。

示例9可以是示例1至示例8中任一个的主题，其中电池是备用电池以便在主电源中断的情况下向电子设备提供备用电力，其中能量需求与提供设备对所主电源中断的弹性的备用时间有关。

示例10可以是示例1至9中任一个的主题，其中电池的特征函数是电池电压与无量纲电池充电水平之间的函数关系，并且特征函数对于电池充电容量随时间的衰减是不变的。

示例11可以是示例1至10中任一个的主题，其中电池校准电路周期或间歇地执行校准。

示例12可以是示例1至11中任一个的主题，其中电池校准电路用于基于所述电子设备的预测使用模式来设置目标充电水平。

示例13可以是示例1至12中任一个的主题，其中将基于电池操作特性的值进一步设置目标充电水平。

示例14可以是示例13的主题，其中电池操作特性包括以下中的至少一个：电池阻抗、电池温度或峰值电池功率。

示例15可以是一种集成电路或片上系统SoC，其包括根据示例1至示例15中任一项所述的充电水平控制电路。

示例16是一种用于电子设备的电池组件，包括：

电池；以及

用于控制电池的充电水平的充电水平控制电路，充电水平控制电路包括：

电源控制电路，电源控制电路用于将电源连接到电池以将电池保持在工作充电水平；

电池校准电路，电池校准电路用于控制电源管理电路以便使电池的充电水平在目标充电水平与大于目标充电水平的校准充电水平之间暂时改变，并且测量与改变电池充电水平相关联的电池的一个或多个电参数，其中测量的一个或多个电参数与电池的特征函数的数据一起使用以计算电池充电容量值；

其中目标充电水平满足电池要向其供电的电子设备的能量需求。

示例17可以是示例16的主题，其中使用校准充电水平与目标充电水平之间的特征曲线上的至少两个校准点之间的总充电差异，并且使用表示两个校准点之间剩余的电池充电差异的无量纲比率来计算电池充电容量值。

示例18是一种电池供电系统，包括：

电子设备；

电池，用于向电子设备供电；以及

充电水平控制电路，用于控制电池的充电水平，充电水平控制电路包括：

电源控制电路，电源控制电路用于连接电源以控制电池的充电水平；

电池校准电路，电池校准电路用于控制电源管理电路以便使电池的充电水平在目标充电水平与大于目标充电水平的校准充电水平之间的范围内暂时改变，并且测量与改变电池的充电水平相关联的电池的一个或多个电参数，其中测量的一个或多个电参数与对应于电池的特征函数的数据一起使用以计算电池满充容量；

其中目标充电水平被计算为满足电池要向其供电的电子设备的能量需求，其中电源控制电路用于将电池的充电水平控制为不小于目标充电水平。

示例19可以是示例18的主题，其中电源控制电路用于在连续的校准事件之间将电池维持在对应于目标充电水平的充电水平，目标充电水平根据最近计算的电池满充容量而被调整。

示例20是设置在至少一个机器可读介质上的机器可读指令，所述机器可读指令在被执行时致使处理硬件：

设置电池的目标充电水平以满足电池要向其供电的电子设备的能量需求；

通过使电池的充电水平在目标充电水平与大于目标充电水平的校准充电水平之间过渡来执行电池校准；

测量与使电池的充电水平在目标充电水平与校准充电水平之间过渡相关联的电池的一个或多个电参数；以及

基于测量的一个或多个电参数和电池的特征函数来计算校准的满电池充电容量；基于校准的满电池充电容量来调整目标充电水平以满足能量需求。

示例21可以是示例20的主题，包括机器可读指令，当被执行时，致使处理硬件预测电子设备的使用模式，并进一步根据预测的使用模式来设置目标充电水平。

示例22是一种控制电池的充电水平以执行校准的方法，所述方法包括：

设置目标充电水平以满足与电池相对应的电子设备的能量需求；

使电池的充电水平在目标充电水平与大于目标充电水平的校准充电水平之间改变；

测量与使电池的充电水平在目标充电水平与校准充电水平之间改变相关联的电池的一个或多个电参数；

基于所测量的所述一个或多个电参数和所述电池的特征函数来计算电池充电容量的校准值；以及基于电池充电容量的校准值来调整目标充电水平以满足能量需求。

示例23可以是权利要求22的主题，还包括在校准事件之间将电池的充电水平设置为目标充电水平。

示例24是用于控制充电水平控制电路以控制电池的充电水平的装置，用于控制充电水平的装置包括：

用于电源管理的装置，其连接电源以控制电池的充电水平；

用于电池校准的装置，其控制用于电源管理的装置以便使电池的充电水平在目标充电水平与大于目标充电水平的校准充电水平之间暂时过渡，并且测量与暂时过渡充电水平相关联的电池的一个或多个电参数，其中测量的一个或多个电参数与对应于电池的特征函数的数据一起使用以计算电池充电容量值；

其中目标充电水平被设置为满足电池要向其供电的电子设备的能量需求。

示例25可以是示例24的主题，其中用于电池校准的装置根据所计算的电池充电容量值来设置目标充电水平。

Claims (25)

1.一种用于控制电池的充电水平的充电水平控制电路，所述充电水平控制电路包括：

电源管理电路，用于连接电源以控制所述电池的充电水平；

电池校准电路，用于控制所述电源管理电路，以使所述电池的充电水平在目标充电水平与大于所述目标充电水平的校准充电水平之间暂时过渡，并测量所述电池的与暂时过渡所述充电水平相关联的一个或多个电参数，其中，所测量的所述一个或多个电参数与对应于所述电池的特征函数的数据一起使用以计算电池充电容量值；

其中，目标充电水平被设置为满足所述电池向其供电的电子设备的能量需求。

2.根据权利要求1所述的充电水平控制电路，其中，暂时过渡所述电池的充电水平包括：对所述电池充电以从至少所述目标充电水平过渡到所述校准充电水平，或者使所述电池放电以从所述校准充电水平过渡到不低于所述目标充电水平。

3.根据权利要求1或2所述的充电水平控制电路，其中，电源控制电路使所述电池在校准事件之间维持在基于所述目标充电水平设置的充电水平。

4.根据权利要求1所述的充电水平控制电路，其中，所述电池校准电路测量大于或等于所述目标充电水平的第一充电水平与大于所述第一充电水平的第二充电水平之间的充电量的总差。

5.根据权利要求4所述的充电水平控制电路，其中，满足以下至少之一：第一充电水平等于电池校准事件之前的目标充电水平；或者第二充电水平等于同一电池校准事件的校准充电水平。

6.根据权利要求4或5所述的充电水平控制电路，其中，所述电池校准电路还用于确定对应于所述第一充电水平的第一电池电压和对应于所述第二充电水平的第二电池电压，并且，其中，基于所述第一电池电压、所述第二电池电压以及所述充电量的总差来计算所述电池充电容量值。

7.根据权利要求6所述的充电水平控制电路，其中，所述电池校准电路用于测量所述第一电池电压和所述第二电池电压作为无电流下的电压，或者用于测量所述电池的所述第一电池电压和所述第二电池电压作为电流负载下的电压并调整电流负载以获得无电流情况下的等效电压。

8.根据权利要求4所述的充电水平控制电路，其中，所述电池校准电路包括电流积分器，所述电流积分器用于测量由供应到所述电池以将所述电池从所述第一充电水平改变为所述第二充电水平的电力产生的总充电量差，或者测量当所述电池放电以将所述电池从所述第二充电水平改变为所述第一充电水平时的总充电量差。

9.根据权利要求1或2所述的充电水平控制电路，其中，所述电池是备用电池，用于在主电源中断的情况下向所述电子设备提供备用电力，其中，所述能量需求与为所述设备提供电源中断恢复能力的的备用时间有关。

10.根据权利要求6所述的充电水平控制电路，其中，所述电池的特征函数是电池电压与无量纲电池充电水平之间的函数关系，并且对于电池充电容量随时间的衰减，所述特征函数是不变的。

11.根据权利要求1或2所述的充电水平控制电路，其中，所述电池校准电路用于周期性地或间歇地执行所述校准。

12.根据权利要求1或2所述的充电水平控制电路，其中，所述电池校准电路用于基于所述电子设备的预测使用模式来设置所述目标充电水平。

13.根据权利要求1或2所述的充电水平控制电路，其中，基于电池工作特性的值进一步设置所述目标充电水平。

14.根据权利要求13所述的充电水平控制电路，其中，所述电池工作特性包括电池阻抗、电池温度或峰值电池功率中的至少一个。

15.一种集成电路或片上系统SoC，其包括根据权利要求1或2所述的充电水平控制电路。

16.一种用于电子设备的电池组件，包括：

电池；以及

用于控制电池的充电水平的充电水平控制电路，所述充电水平控制电路包括：

电源控制电路，用于将电源连接到所述电池以将所述电池保持在工作充电水平；

电池校准电路，用于控制所述电源管理电路，以使所述电池的充电水平在目标充电水平与大于所述目标充电水平的校准充电水平之间暂时改变，并测量所述电池的与改变所述电池充电水平相关联的一个或多个电参数，其中，所测量的所述一个或多个电参数与所述电池的特征函数的数据一起使用以计算电池充电容量值；

其中，所述目标充电水平满足所述电池向其供电的电子设备的能量需求。

17.根据权利要求16所述的电池组件，其中，所述电池充电容量值是使用校准充电水平与目标充电水平之间的特征曲线上的至少两个校准点之间的总电荷差，和使用表示所述两个校准点之间剩余电池电荷差的无量纲比率来计算的。

18.一种由电池供电的系统，包括：

电子设备；

电池，用于向所述电子设备供电；以及

用于控制电池的充电水平的充电水平控制电路，所述充电水平控制电路包括：

电源控制电路，用于连接电源以控制所述电池的充电水平；

电池校准电路，用于控制所述电源管理电路，以使所述电池的充电水平在目标充电水平与大于所述目标充电水平的校准充电水平之间的范围内暂时改变，并测量所述电池的与改变所述电池的充电水平相关联的一个或多个电参数，其中，所测量的所述一个或多个电参数与对应于所述电池的特征函数的数据一起使用以计算电池满充容量；

其中，所述目标充电水平被计算为满足所述电池向其供电的电子设备的能量需求，其中，所述电源控制电路用于将所述电池的充电水平控制为不低于所述目标充电水平。

19.根据权利要求18所述的电池供电系统，其中，所述电源控制电路用于将所述电池在连续校准事件之间维持在对应于根据最近计算的电池满充容量调整的目标充电水平的充电水平。

20.设置在至少一个机器可读介质上的机器可读指令，当执行所述机器可读指令时，使处理硬件：

设置电池的目标充电水平，以满足所述电池向其供电的电子设备的能量需求；

通过使所述电池的充电水平在目标充电水平与大于所述目标充电水平的校准充电水平之间过渡来执行电池校准；

测量所述电池的与使所述电池的充电水平在目标充电水平与校准充电水平之间过渡相关联的一个或多个电参数；以及

基于所测量的所述一个或多个电参数和所述电池的特征函数来计算校准的电池满充容量；

基于所述校准的电池满充容量来调整目标充电水平以满足所述能量需求。

21.根据权利要求20所述的机器可读指令，包括机器可读指令，在被执行时，使处理硬件预测所述电子设备的使用模式，并根据所述预测的使用模式进一步设置目标充电水平。

22.一种控制电池的充电水平以执行校准的方法，所述方法包括：

设置目标充电水平，以满足与所述电池对应的电子设备的能量需求；

在目标充电水平与大于所述目标充电水平的校准充电水平之间改变所述电池的充电水平；

测量所述电池的与在所述目标充电水平与所述校准充电水平之间改变电池的充电水平相关联的一个或多个电参数；

基于所测量的所述一个或多个电参数和所述电池的特征函数来计算电池充电容量的校准值；以及

基于所述电池充电容量的校准值来调整目标充电水平以满足所述能量需求。

23.根据权利要求22所述的方法，包括在校准事件之间将所述电池的充电水平设置为目标充电水平。

24.一种用于控制充电水平控制电路以控制电池的充电水平的装置，用于控制充电水平的所述装置包括：

用于电源管理的装置，其连接电源以控制所述电池的充电水平；

用于电池校准的装置，其控制所述用于电源管理的装置，以使所述电池的充电水平在目标充电水平与大于所述目标充电水平的校准充电水平之间暂时过渡，并测量所述电池的与暂时过渡所述充电水平相关联的一个或多个电参数，其中，所测量的所述一个或多个电参数与对应于所述电池的特征函数的数据一起使用以计算电池充电容量值；

其中，所述目标充电水平被设置为满足所述电池向其供电的电子设备的能量需求。

25.根据权利要求24所述的用于控制充电水平的装置，其中，所述用于电池校准的装置根据所计算的电池充电容量值设置目标充电水平。