CN117647740A - 一种电池失效监测方法及便携式电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池失效监测方法及便携式电子设备，包括：利用正常电池在不同健康状态下的特性曲线构建标准曲线数据库；针对设备的不同工作模式，为电池的不同参数赋予不同的权重系数；在设备运行期间，定时采集电池的不同参数；根据设备的实际工作模式，调取该工作模式下各电池参数的权重系数，并选择权重系数高的电池参数与标准曲线数据库中的特性曲线进行比较，根据变化量判断电池的失效状态；若判定电池未失效，则对各电池参数进行归一化处理，计算所有电池参数及其权重系数之和，并与设定的临界阈值进行比较，根据比较结果判断电池的失效状态。本发明可以检测出因电池内部微短路导致的电池失效问题。

Description

一种电池失效监测方法及便携式电子设备

技术领域

本发明属于电池安全检测技术领域，具体地说，是涉及一种电池失效监测方法及便携式电子设备。

背景技术

便携式电子设备是一种体积小、重量轻、便于携带的电子产品，例如手机、平板电脑、VR产品、智能手表等。目前的便携式电子设备大多采用可充电电池为其内部的系统电路供电，由此可以摆脱电源线的束缚，使得便携式电子设备在不同的使用场所都能实现灵活应用。

AR眼镜作为一种便携式电子设备，可以实现多媒体展示、人机交互等各种功能，设备通过电池供电以保证一定的续航能力。受制于设备有限的内部空间，目前的AR眼镜所使用的电池大多是聚合物锂离子电池。为了减小AR眼镜的重量，电池的布设空间被一再压缩，这就要求电池必须具有更高的能量密度。小容量电池提供设备所需电流通常需要进行高倍率充放电，电流可达5C甚至更高，这对电池的寿命与安全性是一个严峻的考验，很容易导致电池失效。

导致聚合物锂离子电池失效的原因有很多种，除了受外力等因素导致电池的正负极直接短路引起的起火爆炸外，还有一种潜在慢性的内部微短路问题导致的电池失效现象。这种电池慢性失效在设备出厂和使用过程中很难被发现，是威胁电池和设备使用安全的一个严重隐患。

为了避免电池慢性失效在设备使用过程中引发的安全事故，需要对电池的安全状态进行有效的实时监控。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电池失效监测方法，以解决因电池内部存在微短路问题所导致的电池失效现象难以被发现的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

在一个方面，本发明提出了一种电池失效监测方法，包括：

利用正常电池在不同健康状态下的特性曲线构建标准曲线数据库；

针对设备的不同工作模式，为电池的不同参数赋予不同的权重系数；

在设备运行期间，定时采集电池的不同参数；

根据设备的实际工作模式，调取该工作模式下各电池参数的权重系数，并选择权重系数高的电池参数与标准曲线数据库中的特性曲线进行比较，根据变化量判断电池的失效状态；若判定电池未失效，则对各电池参数进行归一化处理，计算所有电池参数及其权重系数之和，并与设定的临界阈值进行比较，根据比较结果判断电池的失效状态。

在本申请的一些实施例中，所述特性曲线可以包括正常电池经过不同次数循环充放电后的使用电量-电压放电曲线、随电池使用时间延长的内阻变化曲线、电池自放电电流曲线、随放电电流变化的电池温升曲线等；所述电池参数可以包括电池电压V、电池电流I、电池温度T、电池内阻R等，通过对电池的多种参数进行多维分析，以提高对电池内部是否存在微短路问题的检测灵敏度和判断准确度。

在本申请的一些实施例中，针对设备处于运行模式且长时间工作在恒流放电状态的情况，由于存在内部微短路问题的失效电池在这种工作模式下其电压变化和温升情况相对明显，因此，可以配置电池电压V的权重系数W_V>电池温度T的权重系数W_T>电池内阻R的权重系数W_R>电池电流I的权重系数W_I。

为了对电池电压V和电池温度T这两个参数是否异常提供可参比的标准值，可以调取标准曲线数据库中与电池实际充放电次数相同的使用电量-电压放电曲线作为电压标准曲线，确定与电池电压V比较的电压标准值；同时，可以调取标准曲线数据库中随放电电流变化的电池温升曲线作为温度标准曲线，确定与电池温度T比较的温度标准值。

在本申请的一些实施例中，对于设备运行在恒流放电工作模式的情况，可以具体配置以下电池失效判断过程：

若采集到的电池电压V与电压标准曲线所对应的标准值比较，其变化量超过设定阈值，则标记电池异常；

若采集到的电池温度T的平均值与所述温度标准曲线所对应的标准值比较，其变化量超过设定阈值，则标记电池异常；

若标记了两个电池异常，则判定电池失效；

若仅标记了一个电池异常，则需要结合电池的电压变化量ΔV和温度变化量ΔT综合进行失效判断，具体可以配置以下过程：

为电池的电压变化量ΔV赋予权重W_V’，为电池的温度变化量ΔT赋予权重W_T’，且W_V’+ W_T’=1，W_V’>W_T’；

计算A’=ΔV×W_V’+ΔT×W_T’；

将A’与设定的中间临界值进行比较，根据比较结果做电池失效状态的一级判断；若判定电池未失效，则进行二级判断，即，计算所有电池参数及其权重系数之和，并与设定的临界值进行比较，根据比较结果对电池是否失效做进一步判断。

在本申请的一些实施例中，针对设备处于运行模式且工作在间歇性使用状态的情况，由于正常电池在这种工作模式下其内阻和电压参数不应出现很大变动，因此，可以通过检测这两个参数是否出现明显变化来判断电池是否存在微短路失效。鉴于此，可以配置电池内阻R的权重系数W_R>电池电压V的权重系数W_V>电池温度T的权重系数W_T≥电池电流I的权重系数W_I。

为了对电池内阻R和电池电压V这两个参数是否异常提供可参比的标准值，可以调取标准曲线数据库中随电池使用时间延长的内阻变化曲线作为内阻标准曲线，确定与电池内阻R比较的内阻标准值；同时，可以调取标准曲线数据库中与电池实际充放电次数相同的使用电量-电压放电曲线作为电压标准曲线，确定与电池电压V比较的电压标准值。

在本申请的一些实施例中，对于设备运行在间歇性使用工作模式的情况，可以具体配置以下电池失效判断过程：

若前后两次使用过程中监测到的电池内阻R的平均值的差值ΔR超过内阻标准曲线所对应的标准值的一定比例，则标记电池异常；

若某使用过程中采集到的电池电压V的最大值和最小值的差值ΔV超过电压标准曲线所对应的标准值的一定比例，则标记电池异常；

若标记了两个电池异常，则判定电池失效；

若仅标记了一个电池异常，则需要结合内阻差值ΔR和电压差值ΔV综合进行失效判断，具体可以配置以下过程：

为ΔR赋予权重W_R’，为ΔV赋予权重W_V’，且W_R’+ W_V’=1，W_R’>W_V’；

计算A’=ΔR×W_R’+ΔV×W_V’；

将A’与设定的中间临界值进行比较，根据比较结果做电池失效状态的一级判断；若判定电池未失效，则进行二级判断，即，计算所有电池参数及其权重系数之和，并与设定的临界值进行比较，根据比较结果对电池是否失效做进一步判断。

在本申请的一些实施例中，针对设备处于关机模式的情况，由于电池内部微短路等失效问题会导致电池自放电电流变大，温升增大，故而，可以配置电池电流I的权重系数W_I>电池温度T的权重系数W_T>电池内阻R的权重系数W_R≥电池电压V的权重系数W_V。

为了对电池电流I和电池温度T这两个参数是否异常提供可参比的标准值，可以调取标准曲线数据库中电池自放电电流曲线作为电流标准曲线，确定与电池电流I比较的电流标准值；同时，可以调取标准曲线数据库中随放电电流变化的电池温升曲线作为温度标准曲线，确定与电池温度T比较的温度标准值。

在本申请的一些实施例中，对于设备处于关机模式的情况，可以具体配置以下电池失效判断过程：

定时开启设备监测电池电压V、电池电流I、电池温度T和电池内阻R；

若采集到的电池电流I与电流标准曲线所对应的标准值进行比较，其变化量超过设定阈值，则标记电池异常；

若采集到的电池温度T的平均值与温度标准曲线所对应的标准值比较，其变化量超过设定阈值，则标记电池异常；

若标记了两个电池异常，则判定电池失效；

若仅标记了一个电池异常，则需要结合电池的电流变化量ΔI和温度变化量ΔT综合进行失效判断，具体可以配置以下过程：

为电池的电流变化量ΔI赋予权重W_I’，为电池的温度变化量ΔT赋予权重W_T’，且W_I’+ W_T’=1，W_I’>W_T’；

计算A’=ΔI×W_I’+ΔT×W_T’；

将A’与设定的中间临界值进行比较，根据比较结果做电池失效状态的一级判断；若判定电池未失效，则进行二级判断，即，计算所有电池参数及其权重系数之和，并与设定的临界值进行比较，根据比较结果对电池是否失效做进一步判断。

在本申请的一些实施例中，如果仅监测电池的电压、电流、温度、内阻四个参数，则可以配置四个电池参数的权重系数之和W_V+W_T+W_R+W_I=1。

在另一个方面，本发明还提出了一种便携式电子设备，内置有电池、温度传感器、电量计、电源管理芯片和主处理器；其中，所述温度传感器用于检测电池温度；所述电量计用于检测电池的电压、电流，并根据检测到的电压、电流计算出电池内阻以及所使用的电量；所述电源管理芯片接收所述温度传感器检测到的电池温度以及所述电量计检测或计算出的电池电压、电池电流、电池内阻和电池所使用电量，通过执行电池失效监测方法，判断电池是否失效；所述主处理器与所述电源管理芯片通信，在电源管理芯片判断电池失效时发出预警；其中，所述电源管理芯片执行的电池失效监测方法包括：

利用正常电池在不同健康状态下的特性曲线构建标准曲线数据库；

针对设备的不同工作模式，为电池的不同参数赋予不同的权重系数；

在设备运行期间，定时采集电池的不同参数；

根据设备的实际工作模式，调取该工作模式下各电池参数的权重系数，并选择权重系数高的电池参数与标准曲线数据库中的特性曲线进行比较，根据变化量判断电池的失效状态；若判定电池未失效，则对各电池参数进行归一化处理，计算所有电池参数及其权重系数之和，并与设定的临界阈值进行比较，根据比较结果判断电池的失效状态。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果主要体现在：

1、本发明采集并监测电池的多个参数，并针对不同的工况为电池的不同参数赋予不同的权重系数，通过增加失效电池在不同工况下影响明显的电池参数的权重，并结合其他电池参数进行综合分析，由此可以提高电池失效检测结果的准确性和可信度。

2、本发明的电池失效监测方法，可以检测出因电池内部微短路导致的电池慢性失效问题，解决了电池慢性失效在设备出厂和使用过程中难以被发现的问题。

3、将本发明的电池失效监测方法应用在便携式电子设备中，对电池的健康状况进行实时监测，并在发现电池失效时及时发出预警或者采取断电等措施，阻止电池继续放电，由此能够有效防止电池爆炸、自燃等安全事故的发生，降低了电池失效引发的事故率，有助于提升便携式电子设备使用的安全性和用户的满意度。

结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

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，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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他的附图。

图1是发明所提出的便携式电子设备中电控部分的一种实施例的电路原理框图；

图2是本发明所提出的电池失效监测方法的一种实施例的总体流程图；

图3是图2中的恒流放电工作模式下电池失效判断子过程的一种实施例的流程图；

图4是图2中的间歇性使用工作模式下电池失效判断子过程的一种实施例的流程图；

图5是图2中的关机模式下电池失效判断子过程的一种实施例的流程图；

图6是正常电池经过不同次数循环放电后的使用电量-电压放电曲线图；

图7是常温下正常电池随电池电流变化的温升曲线图；

图8是正常电池随使用时间延长其内阻变化的曲线图；

图9是失效电池在设备工作在间歇性使用工作模式下的放电片段曲线与正常电池的放电标准曲线的对比图；

图10是正常电池和失效电池的自放电电流曲线对比图。

具体实施方式

下面将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，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“相连”应做广义理解，例如，可以是直接连接，也可以是间接连接，或一体成型，或是元器件的内部连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指两个或两个以上。

本实施例针对便携式电子设备中普遍使用的聚合物锂离子电池，设计电池失效监测方法，重点解决电池因内部微短路问题导致的电池慢性失效现象。

首先，对本实施例的电池失效监测方法所依赖的硬件环境进行简要说明。

为了能够检测到电池内部的微短路问题，需要监测电池的多个参数，例如电池电压V、电池电流I、电池内阻R、电池温度T等。通过对电池的多个参数进行综合分析，从中发现电池的性能趋势和内部可能存在的异常情况，从而准确评估电池的健康状况。

本实施例以监测电池四个参数（电池电压V、电池电流I、电池内阻R、电池温度T）为例，具体说明硬件电路的配置情况。

以VR眼镜作为所述便携式电子设备为例进行说明。

VR眼镜即VR头显，是一种虚拟现实头戴式显示设备，其显示原理是利用左右眼屏幕分别显示左右眼的图像，人眼获取这种带有差异的信息后，在脑海中产生立体感，以此引导用户产生一种身在虚拟环境中的感觉。

现阶段的VR眼镜从整体外形上看主要包括显示器主体、左右眼镜腿或者头带等部分。佩戴时，将显示器主体置于人眼的前方，将眼镜腿支撑在人耳处，或者将头带箍紧在人体的头部，以保证VR眼镜在人体头部的稳定佩戴。

为了提高VR眼镜使用的灵活性，通常采用内置电池的方式为VR眼镜中的系统电路供电。对于配置有眼镜腿的VR眼镜而言，其电池通常安装在眼镜腿上，一般封装于眼镜腿的外壳中。

为了获取电池的电压、电流、内阻、温度四个参数，如图1所示，本实施例在VR眼镜中还配置有温度传感器、电量计、电源管理芯片等功能模块。

其中，温度传感器用于感测电池温度参数，具体可以选用热敏电阻粘贴在电池的正极极耳位置，根据热敏电阻的阻值变化，换算出电池的温度变化。电池极耳就是从电池电芯中将正负极引出来的金属导电体，将热敏电阻粘贴在电池正极的极耳位置，可以提高对电池温升感测的灵敏度。

电量计用于检测电池电压和电池电流两个参数，可以布设在VR眼镜的眼镜腿中。具体而言，可以将电量计的两个探头分别连接至电池的正极和负极上，以测量电池的实时电压。可以使用高精度的采样电阻串联在与电池的正极连接的线路中，以测量流经电池的电流大小。利用测量到的电池电压和电池电流，即可计算出电池所使用的电量以及电池内阻。

电源管理芯片接收温度传感器检测到的电池温度、电量计采集到的电池电压、电池电流以及计算出的电池内阻、电池所使用电量，并执行电池失效监测方法，以对电池是否失效进行评估。

在本实施例中，电源管理芯片可以布设在VR眼镜的眼镜腿中，也可以布设在VR眼镜的显示器主体中，通过I²C总线与布设在显示器主体中的主处理器通信。在电池失效时，及时通知主处理器触发预警并执行相应的应急措施，例如停止电池继续放电等，以保护电子设备，避免危险事故发生。

下面结合图2至图5，对本实施例的电池失效监测方法的具体过程进行详细阐述。

S301、利用正常电池在不同健康状态下的特性曲线构建标准曲线数据库。

在设备出厂前，可以根据设备内置电池的类型，选择同类型的正常电池进行测试，以获取正常电池在不同健康状态下的特性曲线。所述特性曲线可以包括但不限于：正常电池经过不同次数循环充放电后的使用电量-电压放电曲线、随电池使用时间延长的内阻变化曲线、电池自放电电流曲线、随放电电流变化的电池温升曲线等。当然，如果某些电池厂家在其提供的电池性能手册里记载了这些特性曲线，也可以直接使用手册中的特性曲线。

根据获取到的正常电池在不同健康状态下的特性曲线，构建标准曲线数据库，以备在设备实际使用过程中调用。

S302、针对设备的不同工作模式，为电池的不同参数赋予不同的权重系数。

由于设备运行在不同的工作模式时，对电池电能的使用情况不同。并且，对于存在内部微短路问题的失效电池而言，设备在不同的工作模式下，出现明显异常的电池参数不尽相同。

鉴于此，可以在设备出厂前，针对设备的不同工作模式，首先确定出对电池失效判断影响较大的电池参数，并为其赋予较高的权重系数；反之，对电池失效判断影响较小的电池参数，可以为其赋予较低的权重系数。然后，利用正常电池进行试验，在设备工作在不同模式时，记录正常电池各项参数的变化情况，并结合赋予的权重系数确定出合理的临界阈值，写入设备，供设备在出厂后的实际使用过程中调用。

S303、在设备运行期间，定时采集电池的不同参数，根据设备的实际工作模式，进入不同的电池失效判断子过程。

设备出厂后，根据用户实际需要，可能会工作在不同的模式下，例如开机运行期间的恒流放电工作模式、间歇性使用工作模式以及关机模式等。

无论设备工作在何种模式下，都可以设置相同或者不同的采样时间，控制温度传感器、电量计等采集电池的不同参数，从而形成一组采样数据。例如一组电池温度数据、一组电池电压数据、一组电池电流数据等。

为了提高电池失效判断的准确性，可以首先对采样数据进行预处理，包括但不限于去噪处理和滤波处理等。由于电池内部数据存在噪声，这对后续分析的准确性会产生影响，因此，可以使用滑动平均、中值滤波等现有方法对去除采样数据中的噪声。而经过滤波处理，可以去除数据中的高频噪声和低频噪声，以保留数据中的有用信息。

然后，利用预处理后的电池电压和电池电流，计算出电池内阻。当然，也可以根据实际需要，计算出电池的其它参数。

本实施例以电池电压、电池电流、电池内阻、电池温度四个电池参数为例，设计后续的电池失效判断子过程。

本实施例针对电池的每种工作模式，设计与之对应的电池失效判断子过程。其总体设计思想为：根据设备的实际工作模式，调取该工作模式下各电池参数的权重系数，并选择权重系数高的电池参数与标准曲线数据库中的特性曲线进行比较，根据变化量判断电池的失效状态；若判定电池未失效，则对各电池参数进行归一化处理，计算所有电池参数及其权重系数之和，并与设定的临界阈值进行比较，根据比较结果进一步判断电池是否失效。

下面以常见的恒流放电工作模式、间歇性使用工作模式、关机模式为例，对三种工作模式下的电池失效判断子过程进行详细阐述。

图3为针对恒流放电工作模式设计的电池失效判断子过程，具体包括以下步骤：

S301、调取恒流放电工作模式下，为电池的各项参数配置的权重系数。

恒流放电工作模式是设备长时间工作在待机状态或者连续使用状态下，电池所呈现出的一种放电状态。

在恒流放电工作模式下，对于正常电池而言，其电压、电流、内阻、温度都不会发生明显变化。但对于存在内部微短路问题的失效电池而言，其电压和温度可能会出现异常波动，因此，可以将电池电压和电池温度作为重点考察参数，赋予较高的权重系数，而电池电流和电池内阻可以赋予较低的权重系数。

基于此，在对电池的各项参数配置权重系数时，针对恒流放电工作模式，可以配置电池电压V的权重系数W_V>电池温度T的权重系数W_T>电池内阻R的权重系数W_R>电池电流I的权重系数W_I，且W_V+W_T+W_R+W_I=1。

在某些实施例中，可以配置电池电压V的权重系数W_V=0.4；电池温度T的权重系数W_T=0.3；电池内阻R的权重系数W_R=0.2；电池电流I的权重系数W_I=0.1。

S302、调取标准曲线数据库中与电池实际充放电次数相同的使用电量-电压放电曲线作为电压标准曲线，提供电压标准值。

在标准曲线数据库中存储有正常电池在恒流放电状态下的使用电量-电压放电曲线，如图6所示。由于电池在经历了不同循环次数的充放电过程后，电池的健康状态会发生变化，体现在电池最大容量的改变，这就导致电池在恒流放电状态下，其使用电量-电压放电曲线不尽相同。例如：图6中，③号曲线为电池在初始状态下的恒流放电曲线，此时，电池处于最健康的状态，最大容量100%。②号曲线为循环100次充放电过程后的恒流放电曲线，电池最大容量在95%左右。①号曲线为循环600次充放电过程后的恒流放电曲线，电池最大容量在80%左右。

由于电池在恒流放电状态下的使用电量-电压对应关系曲线与电池所经历的充放电次数有关，因此，当设备工作在恒流放电工作模式时，应该从标准曲线数据库中调取与电池实际充放电次数相同的使用电量-电压放电曲线，作为电压标准曲线，提供电压标准值，以用于与实际采集到的电压电池V进行比较，判断电池电压V是否异常。

S303、调取标准曲线数据库中随放电电流变化的电池温升曲线作为温度标准曲线，提供温度标准值。

电池的温度除受环境温度影响外，主要受流经电池电流的影响，电池电流越大，电池温升越快，如图7所示。当设备工作在恒流放电工作模式时，可以从标准曲线数据库中调取随放电电流变化的电池温升曲线作为温度标准曲线，提供温度标准值，以用于与实际采集到的电压温度T进行比较，判断电池温度T是否异常。

S304、将采集到的电池电压V与电压标准值进行比较，若其变化量ΔV超过设定阈值，则标记电池异常。

当设备运行在恒流放电工作模式时，电池电压的变化对电池失效判断的影响比较大，根据电池的实际使用电量查找电压标准曲线中与该使用电量对应的电池电压，作为电压标准值，与实际采集到的电池电压V进行比较，计算变化量ΔV。若二者差距较大，即，变化量ΔV较高，超过了设定阈值，则有可能存在电池失效问题。此时，可以先进行标记，配合之后的电池温度判断结果，进行综合判断。

在某些实施例中，可以将电压标准值的10%作为设定阈值，与电压变化量ΔV进行比较。例如，若采集到的电压电池V超过了电池标准值的10%，则认为电池可能失效；否则，认为电池电压V正常波动。

S305、将采集到的电池温度T的平均值与温度标准值比较，若其变化量ΔT超过设定阈值，则标记电池异常。

当设备运行在恒流放电工作模式时，若电池内部出现微短路问题，则可能会导致电池高温。针对这一现象，可以首先对在此工作模式下采集到的一组电池温度T求取平均值；然后，根据电池电流I从温度标准曲线中查找与电池电流I对应的电池温度，作为温度标准值，与计算出的电池温度平均值进行比较，计算变化量ΔT。若二者差距较大，即，变化量ΔT较高，超过了设定阈值，则有可能存在电池失效问题。此时，可以先进行标记，配合之前的电池电压判断结果，进行综合判断。

在某些实施例中，可以将温度标准值的10%作为设定阈值，与温度变化量ΔT进行比较。例如，若采集到的电压温度T超过了温度标准值的10%，则认为电池可能失效；否则，认为电池温度T正常波动。

S306、若标记了两个电池异常，则判定电池失效；若只标记了一个电池异常，则执行步骤S307；若没有电池异常标记，则执行步骤S309。

在本实施例中，若判定电池电压和电池温度均出现了异常，则可以直接判定电池失效，结束电池失效监测过程。

若只标记了一个电池异常，则需要结合电池的电压变化量ΔV和温度变化量ΔT综合判断电池是否失效。

若没有电池异常标记，则需要结合电池的四个参数综合判断电池是否失效。

S307、为电池的电压变化量ΔV赋予权重W_V’，为电池的温度变化量ΔT赋予权重W_T’。

在本实施例中，所述权重W_V’、W_T’可以在设备出厂前，预先写入存储器，供电源管理芯片调用。

在某些实施例中，可以配置W_V’+ W_T’ =1，且W_V’>W_T’。例如：W_V’ =0.6；W_T’ =0.4。

S308、计算A’=ΔV×W_V’+ΔT×W_T’，并与设定的中间临界值A1’进行比较，根据比较结果判断电池的失效状态。

在本实施例中，中间临界值A1’可以根据实际情况预先设定，写入设备中的存储器，供电源管理芯片调用。

若A’超过设定的中间临界值A1’，则表示电池电压和电池温度的综合变化明显，判定电池失效；否则，执行后续步骤。

S309、对各电池参数进行归一化处理。

由于传感器不同时间采集到的数据不同，因此需要对数据进行归一化处理，以避免数据之间的比较出现偏差。在本实施例中，可以使用最大最小值归一化、Z-score归一化等处理方法，对设备在恒流放电工作模式下监测到的四组电池参数分别进行归一化处理，以转换成[0,1]之间的数据。

S310、计算所有电池参数及其权重系数之和A。

因为设备在恒流放电工作模式下，电池内阻对于电池使用效果的影响相对较小；正常情况下，电池电流恒定，对电池使用效果的影响也不大。因此，可以为电池内阻R和电池电流I这两项参数赋予较低的权重系数。

计算A=V×W_V+T×W_T+R×W_R+I×W_I。

S311、将A与设定的临界阈值A1进行比较，根据比较结果判断电池的失效状态。

由于设定的临界阈值A1已经预先写入设备的存储器，因此，可以供电源管理芯片直接调用。

通常来讲，若A超过设定的临界阈值A1，则判定电池失效；否则，判定电池正常。

图4为针对间歇性使用工作模式设计的电池失效判断子过程，具体包括以下步骤：

S401、调取间歇性使用工作模式下，为电池的各项参数配置的权重系数。

间歇性使用工作模式是设备由待机转为应用且连续运行一段相对较短时间的放电片段。例如，唤醒VR眼镜玩一把游戏等，运行时间不会太长，一般在几分钟、几十分钟或者一个小时左右，然后重新回到待机状态。这种间歇性使用工作模式是便携式电子设备最常进入的工作模式。

在间歇性使用工作模式下，对于正常电池而言，除了电池电压随使用时间的推移而逐渐变低以外，电池内阻、电池温度、电池电流都不会发生明显变化。但对于存在内部微短路问题的失效电池而言，其内阻和电压可能会出现异常波动，因此，可以将电池内阻和电池电压作为重点考察参数，赋予较高的权重系数，而电池温度和电池电流可以赋予较低的权重系数。

基于此，在对电池的各项参数配置权重系数时，针对间歇性使用工作模式，可以配置电池内阻R的权重系数W_R>电池电压V的权重系数W_V>电池温度T的权重系数W_T≥电池电流I的权重系数W_I，且W_V+W_T+W_R+W_I=1。

在某些实施例中，可以配置电池内阻R的权重系数W_R=0.5；电池电压V的权重系数W_V=0.3；电池温度T的权重系数W_T=0.1；电池电流I的权重系数W_I=0.1。

S402、调取标准曲线数据库中随电池使用时间延长的内阻变化曲线作为内阻标准曲线，提供内阻标准值。

电池的内阻主要受电池充放电次数的影响，充放电次数越多，电池内阻越大，如图8所示。当设备工作在间歇性使用工作模式时，可以从标准曲线数据库中调取随电池使用时间延长的内阻变化曲线（时间-内阻关系曲线）作为内阻标准曲线，提供内阻标准值，以用于与实际监测到的电池内阻R进行比较，判断电池内阻R是否异常。

S403、调取标准曲线数据库中与电池实际充放电次数相同的使用电量-电压放电曲线作为电压标准曲线，提供电压标准值。

当设备工作在间歇性使用工作模式时，可以从标准曲线数据库中调取与电池实际充放电次数相同的使用电量-电压放电曲线，作为电压标准曲线，如图9所示，提供电压标准值，以用于与实际采集到的电压电池V进行比较，判断电池电压V是否异常。

S404、若前后两次使用过程中监测到的电池内阻R的平均值的差值ΔR超过内阻标准值的一定比例，则标记电池异常。

当设备运行在间歇性使用工作模式时，电池在前后两次短时间放电后，其内阻不会出现太大变化。若出现电池内阻明显变化，则可能存在内阻异常问题。

鉴于此，可以首先计算每次间歇性使用过程中监测到的一组电池内阻的平均值；然后，计算前后两次电池内阻R的平均值的差值ΔR；之后，根据电池实际使用时间从内阻标准曲线中查找与电池实际使用时间对应的电池内阻，作为内阻标准值；将内阻标准值的一定比例，例如内阻标准值的10%，作为内阻衰减阈值，与差值ΔR进行比较；若差值ΔR超过了内阻衰减阈值，即，前后两次使用期间电池内阻变化较大，则有可能存在电池失效问题。此时，可以先进行标记，配合之后的电池电压判断结果，进行综合判断。若差值ΔR低于内阻衰减阈值，则可认为电池内阻正常波动。

S405、若某次使用过程中采集到的电池电压V的最大值和最小值的差值ΔV超过电压标准值的一定比例，则标记电池异常。

在设备运行期间，正常情况下电池是恒流放电的，电池电压平缓下降。若在某次间歇性使用过程中，出现电池电压明显下降，如图9所示的放电片段，则可能存在电池异常。

鉴于此，可以在设备每次间歇性使用后，从采集到的一组电池电压V数据中筛选出最大值和最小值，计算出电池电压V的最大值和最小值的差值ΔV；然后，根据电池的实际使用电量查找电压标准曲线中与该使用电量对应的电池电压，作为电压标准值；将电压标准值的一定比例，例如电压标准值的10%，作为电压衰减阈值，与差值ΔV进行比较；若差值ΔV超过了电压衰减阈值，则可能存在电池失效问题。此时，可以先进行标记，配合之前的电池内阻判断结果，进行综合判断。若差值ΔV低于电压衰减阈值，则可认为电池电压正常波动。

S406、若标记了两个电池异常，则判定电池失效；若只标记了一个电池异常，则执行步骤S407；若没有电池异常标记，则执行步骤S409。

在本实施例中，若判定电池内阻和电池电压均出现了异常，则可以直接判定电池失效，结束电池失效监测过程。

若只标记了一个电池异常，则需要结合电池的内阻变化量ΔR和电压变化量ΔV综合判断电池是否失效。

若没有电池异常标记，则需要结合电池的四个参数综合判断电池是否失效。

S407、为电池的内阻变化量ΔR赋予权重W_R’，为电池的电压变化量ΔV赋予权重W_V’。

在本实施例中，所述权重W_R’、W_V’可以在设备出厂前，预先写入存储器，供电源管理芯片调用。

在某些实施例中，可以配置W_R’+ W_V’ =1，且W_R’>W_V’。例如：W_R’ =0.7；W_V’ =0.3。

S408、计算A’=ΔR×W_R’+ΔV×W_V’ ，并与设定的中间临界值A2’进行比较，根据比较结果判断电池的失效状态。

在本实施例中，中间临界值A2’可以根据实际情况预先设定，写入设备中的存储器，供电源管理芯片调用。

若A’超过设定的中间临界值A2’，则表示电池内阻和电池电压的综合变化明显，判定电池失效；否则，执行后续步骤。

S409、对各电池参数进行归一化处理。

对设备在间歇性使用工作模式下监测到的四组电池参数分别进行归一化处理，转换成[0,1]之间的数据。

S410、计算所有电池参数及其权重系数之和A。

因为设备在间歇性使用工作模式下，电池温度对于电池使用效果的影响相对较小；正常情况下，电池电流恒定，对电池使用效果的影响也不大。因此，可以为电池温度T和电池电流I这两项参数赋予较低的权重系数。

计算A=V×W_V+T×W_T+R×W_R+I×W_I。

S411、将A与设定的临界阈值A2进行比较，根据比较结果判断电池的失效状态。

由于设定的临界阈值A2已经预先写入设备的存储器，因此，可以供电源管理芯片直接调用。

通常来讲，若A超过设定的临界阈值A2，则判定电池失效；否则，判定电池正常。

图5为针对关机模式设计的电池失效判断子过程，具体包括以下步骤：

S501、关机模式下，定时唤醒设备监测电池电压V、电池电流I、电池温度T和电池内阻R。

设备在关机模式下，除主处理器或待机处理器外，其余系统电路均停止运行，电池处于自放电状态，耗电量极低。

为了获取电池的各项参数，需要定时开启设备，例如设置主处理器或待机处理器每6小时唤醒系统电路一次，以启动温度传感器和电量计，检测电池的温度、电压和电流，并通过电源管理芯片计算出电池内阻等参数。

S502、调取关机模式下，为电池的各项参数配置的权重系数。

在关机模式下，自放电电流是判断电池好坏的重要参数。同时，电池温度会随自放电电流的增大而升高。因此，可以将电池电流和电池温度作为重点考察参数，赋予较高的权重系数，而电池内阻和电池电压可以赋予较低的权重系数。

基于此，在对电池的各项参数配置权重系数时，针对关机模式，可以配置电池电流I的权重系数W_I>电池温度T的权重系数W_T>电池内阻R的权重系数W_R≥电池电压V的权重系数W_V，且W_V+W_T+W_R+W_I=1。

在某些实施例中，可以配置电池电流I的权重系数W_I=0.5；电池温度T的权重系数W_T=0.3；电池内阻R的权重系数W_R=0.1；电池电压V的权重系数W_V=0.1。

S503、调取标准曲线数据库中电池自放电电流曲线作为电流标准曲线，提供电流标准值。

正常电池在自放电状态下，其电池电流会随时间的推移慢慢减小，如图10所示。当设备处于关机模式时，可以在设备定时唤醒期间，从标准曲线数据库中调取出电池自放电电流曲线作为电流标准曲线，提供电流标准值，以用于与实际采集到的电池电流I进行比较，判断电池电流I是否异常。

S504、调取标准曲线数据库中随放电电流变化的电池温升曲线作为温度标准曲线，提供温度标准值。

在设备关机状态下，电池的温度除受环境温度影响外，主要取决于电池自放电电流的变化。当设备处于关机模式时，可以在设备定时唤醒期间，从标准曲线数据库中调取出随放电电流变化的电池温升曲线作为温度标准曲线，如图7所示，提供温度标准值，以用于与实际采集到的电压温度T进行比较，判断电池温度T是否异常。

S505、将采集到的电池电流I与电流标准值进行比较，若其变化量超过设定阈值，则标记电池异常。

在设备关机状态下，电池内部的微短路等失效问题会导致电池的自放电电流变大异常，如图10中的上升曲线。当设备唤醒时，可以根据电池自放电的时间查找电流标准曲线中与自放电时间对应的电池电流，作为电流标准值，与实际采集到的电池电流I进行比较，计算变化量ΔI。若二者差距较大，即，变化量ΔI较高，超过了设定阈值，则有可能存在电池失效问题。此时，可以先进行标记，配合之后的电池温度判断结果，进行综合判断。

在某些实施例中，可以将电流标准值的10%作为设定阈值，与电流变化量ΔI进行比较。例如，若采集到的电压电流I超过了电流标准值的10%，则认为电池可能失效；否则，认为电池电流I正常波动。

S506、将采集到的电池温度T的平均值与温度标准值比较，若其变化量ΔT超过设定阈值，则标记电池异常。

设备在关机状态下，若电池内部出现微短路问题，电池温度会随电池的自放电电流的增大而升高。针对这一现象，可以在设备每次唤醒期间，采集一组电池温度T，并求取平均值；然后，根据电池电流I从温度标准曲线中查找与电池电流I对应的电池温度，作为温度标准值，与计算出的电池温度平均值进行比较，计算变化量ΔT。若二者差距较大，即，变化量ΔT较高，超过了设定阈值，则有可能存在电池失效问题。此时，可以先进行标记，配合之前的电池电流判断结果，进行综合判断。

在某些实施例中，可以将温度标准值的10%作为设定阈值，与温度变化量ΔT进行比较。例如，若采集到的电压温度T超过了温度标准值的10%，则认为电池可能失效；否则，认为电池温度T正常波动。

S507、若标记了两个电池异常，则判定电池失效；若只标记了一个电池异常，则执行步骤S508；若没有电池异常标记，则执行步骤S510。

在本实施例中，若判定电池电流和电池温度均出现了异常，则可以直接判定电池失效，结束电池失效监测过程。

若只标记了一个电池异常，则需要结合电池的电流变化量ΔI和温度变化量ΔT综合判断电池是否失效。

若没有电池异常标记，则需要结合电池的四个参数综合判断电池是否失效。

S508、为电池的电流变化量ΔI赋予权重W_I’，为电池的温度变化量ΔT赋予权重W_T’。

在本实施例中，所述权重W_I’、W_T’可以在设备出厂前，预先写入存储器，供电源管理芯片调用。

在某些实施例中，可以配置W_I’+ W_T’=1，且W_I’>W_T’。例如：W_I’ =0.6；W_T’ =0.4。

S509、计算A’=ΔI×W_I’+ΔT×W_T’，并与设定的中间临界值A3’进行比较，根据比较结果判断电池的失效状态。

在本实施例中，中间临界值A3’可以根据实际情况预先设定，写入设备中的存储器，供电源管理芯片调用。

若A’超过设定的中间临界值A3’，则表示电池电流和电池温度的综合变化明显，判定电池失效；否则，执行后续步骤。

S510、对各电池参数进行归一化处理。

对设备在定时唤醒期间监测到的四组电池参数分别进行归一化处理，转换成[0,1]之间的数据。

S511、计算所有电池参数及其权重系数之和A。

因为在关机模式下，电池内阻在设备定时唤醒的短时间内的变化很小，对于电池使用效果的影响很小；而电池电压会随时间推移变低，但在关机状态下的变化量很小，设备唤醒的短时间内难以判断是否异常。因此，可以为电池内阻R和电池电压V这两项参数赋予较低的权重系数。

计算A=V×W_V+T×W_T+R×W_R+I×W_I。

S512、将A与设定的临界阈值A3进行比较，根据比较结果判断电池的失效状态。

由于设定的临界阈值A3已经预先写入设备的存储器，因此，可以供电源管理芯片直接调用。

通常来讲，若A超过设定的临界阈值A3，则判定电池失效；否则，判定电池正常。

配置VR眼镜中的主处理器与电源管理芯片24通信，当接收到电源管理芯片发送的电池失效判断结果时，可以启动报警模块发出预警。所述报警模块可以是VR眼镜中的显示屏，即，通过显示屏以文字或图像的方式向用户显示电池失效的报警信息。所述报警模块也可以是VR眼镜中的耳机，即，通过耳机以播放报警语音的方式提醒用户电池已失效，以便用户能够及时更换电池，避免引发危险事故。

本实施例的电池失效监测方法，通过对设备在不同工作模式下的多种电池参数进行综合分析，可以对电池微短路失效实现准确识别，有效保护了用户使用安全，提高了产品的可靠性。

当然，本实施例的电池失效监测方法也可以应用在除VR眼镜以外的其他内置有电池的便携式电子设备中，以提高电子设备使用的安全性。

需要指出的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，但是，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中的部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种电池失效监测方法，其特征在于，包括：

利用正常电池在不同健康状态下的特性曲线构建标准曲线数据库；

针对设备的不同工作模式，为电池的不同参数赋予不同的权重系数；

在设备运行期间，定时采集电池的不同参数；

根据设备的实际工作模式，调取该工作模式下各电池参数的权重系数，并选择权重系数高的电池参数与标准曲线数据库中的特性曲线进行比较，根据变化量判断电池的失效状态；若判定电池未失效，则对各电池参数进行归一化处理，计算所有电池参数及其权重系数之和，并与设定的临界阈值进行比较，根据比较结果判断电池的失效状态。

2.根据权利要求1所述的电池失效监测方法，其特征在于，

所述特性曲线至少包括正常电池经过不同次数循环充放电后的使用电量-电压放电曲线、随电池使用时间延长的内阻变化曲线、电池自放电电流曲线、随放电电流变化的电池温升曲线；

所述电池参数至少包括电池电压V、电池电流I、电池温度T和电池内阻R。

3.根据权利要求2所述的电池失效监测方法，其特征在于，当设备运行在恒流放电工作模式时，

配置电池电压V的权重系数W_V>电池温度T的权重系数W_T>电池内阻R的权重系数W_R>电池电流I的权重系数W_I；

调取标准曲线数据库中与电池实际充放电次数相同的使用电量-电压放电曲线作为电压标准曲线，确定与电池电压V比较的电压标准值；

调取标准曲线数据库中随放电电流变化的电池温升曲线作为温度标准曲线，确定与电池温度T比较的温度标准值。

4.根据权利要求3所述的电池失效监测方法，其特征在于，当设备运行在恒流放电工作模式时，

若采集到的电池电压V与所述电压标准值比较，其变化量超过设定阈值，则标记电池异常；

若采集到的电池温度T的平均值与所述温度标准值比较，其变化量超过设定阈值，则标记电池异常；

若标记了两个电池异常，则判定电池失效；

若仅标记了一个电池异常，则为电池的电压变化量ΔV赋予权重W_V’，为电池的温度变化量ΔT赋予权重W_T’，且W_V’+ W_T’=1，W_V’> W_T’；

计算A’=ΔV×W_V’+ΔT×W_T’；

将A’与设定的中间临界值进行比较，根据比较结果判断电池的失效状态；若判定电池未失效，则进一步计算所有电池参数及其权重系数之和，并与所述设定的临界值进行比较，根据比较结果判断电池的失效状态。

5.根据权利要求2所述的电池失效监测方法，其特征在于，当设备运行在间歇性使用工作模式时，

配置电池内阻R的权重系数W_R>电池电压V的权重系数W_V>电池温度T的权重系数W_T≥电池电流I的权重系数W_I；

调取标准曲线数据库中随电池使用时间延长的内阻变化曲线作为内阻标准曲线，确定与电池内阻R比较的内阻标准值；

调取标准曲线数据库中与电池实际充放电次数相同的使用电量-电压放电曲线作为电压标准曲线，确定与电池电压V比较的电压标准值。

6.根据权利要求5所述的电池失效监测方法，其特征在于，当设备运行在间歇性使用工作模式时，

若前后两次使用过程中监测到的电池内阻R的平均值的差值ΔR超过所述内阻标准值的一定比例，则标记电池异常；

若某次使用过程中采集到的电池电压V的最大值和最小值的差值ΔV超过所述电压标准值的一定比例，则标记电池异常；

若标记了两个电池异常，则判定电池失效；

若仅标记了一个电池异常，则为ΔR赋予权重W_R’，为ΔV赋予权重W_V’，且W_R’+ W_V’=1，W_R’> W_V’；

计算A’=ΔR×W_R’+ΔV×W_V’；

将A’与设定的中间临界值进行比较，根据比较结果判断电池的失效状态；若判定电池未失效，则进一步计算所有电池参数及其权重系数之和，并与所述设定的临界值进行比较，根据比较结果判断电池的失效状态。

7.根据权利要求2所述的电池失效监测方法，其特征在于，当设备处于关机模式时，

配置电池电流I的权重系数W_I>电池温度T的权重系数W_T>电池内阻R的权重系数W_R≥电池电压V的权重系数W_V；

调取标准曲线数据库中电池自放电电流曲线作为电流标准曲线，确定与电池电流I比较的电流标准值；

调取标准曲线数据库中随放电电流变化的电池温升曲线作为温度标准曲线，确定与电池温度T比较的温度标准值。

8.根据权利要求7所述的电池失效监测方法，其特征在于，当设备处于关机模式时，定时开启设备监测电池电压V、电池电流I、电池温度T和电池内阻R；

若采集到的电池电流I与所述电流标准值进行比较，其变化量超过设定阈值，则标记电池异常；

若采集到的电池温度T的平均值与所述温度标准值比较，其变化量超过设定阈值，则标记电池异常；

若标记了两个电池异常，则判定电池失效；

若仅标记了一个电池异常，则为电池的电流变化量ΔI赋予权重W_I’，为电池的温度变化量ΔT赋予权重W_T’，且W_I’+ W_T’=1，W_I’> W_T’；

计算A’=ΔI×W_I’+ΔT×W_T’；

将A’与设定的中间临界值进行比较，根据比较结果判断电池的失效状态；若判定电池未失效，则进一步计算所有电池参数及其权重系数之和，并与所述设定的临界值进行比较，根据比较结果判断电池的失效状态。

9.根据权利要求3至8中任一项所述的电池失效监测方法，其特征在于，配置W_V+W_T+W_R+W_I=1。

10.一种便携式电子设备，内置有电池，其特征在于，包括：

温度传感器，其用于检测所述电池的温度；

电量计，其用于检测所述电池的电压、电流，并根据检测到的电压、电流计算出电池内阻以及所使用的电量；

电源管理芯片，其接收所述温度传感器检测到的电池温度以及所述电量计检测或计算出的电池电压、电池电流、电池内阻和电池所使用电量，执行如权利要求1至9中任一项所述的电池失效监测方法；

主处理器，其与所述电源管理芯片通信，在电源管理芯片判断电池失效时发出预警。