CN1710440A

CN1710440A - 便携式设备电池容量的测量方法

Info

Publication number: CN1710440A
Application number: CN 200510027423
Authority: CN
Inventors: 陈大顺; 邱亮
Original assignee: BEIHAO COMMUNICATION ELECTRONIC Co Ltd SHANGHAI
Current assignee: BEIHAO COMMUNICATION ELECTRONIC Co Ltd SHANGHAI
Priority date: 2005-06-30
Filing date: 2005-06-30
Publication date: 2005-12-21

Abstract

本发明提供一种便携式设备电池容量的测量方法，该方法通过串联在电池放电回路中的电阻测量电池放电电流，并通过便携式设备中的微处理器对放电电流对时间进行积分的方法来确定电池释放的容量，并通过电池充满电的额定电量与已释放电量的比较来确定电池中的剩余容量。本方法能够方便容易地对电池容量进行测量，准确地确定电池剩余电量，避免对电池容量的误判断，造成电池容量显示不准确，甚至会造成误关机等严重后果。

Description

便携式设备电池容量的测量方法

【技术领域】

本发明涉及电源管理技术领域，特别是一种便携式设备电池容量的测量方法。

【背景技术】

手机等便携电子产品中，大部分采用的是锂离子电池，为了防止电池电量过低引起突然关机造成的数据丢失、电池损坏等问题，现在几乎所有的手机都在使用中对电池容量进行测量，并设置相应的显示方法来提示用户来及时更换电池，同时手机可以在电池电量用尽之前，将数据保存完毕后再关闭手机。

目前，大部分手机对于锂离子电池电量的测试是通过测量电池“电压”来计量的近似方法。采用这种方法的原因是因为锂离子电池的电压在某一段范围内，在小电流放电的情况下与其“容量”有着较好的对应关系，在这段范围内，锂离子电池的电压随着容量的减少而近似成比例地降低，如同根据湖泊的水面高度估计湖泊的贮水量的道理一样，由于手机测量电池电压非常方便，所以现在很多手机产品就是利用了电池电压与电量的这一近似对应关系而采用电压测量代替了真实电池容量的测量。

如申请号为98123384.8的中国发明专利申请中所提到的精确测定电池剩余容量的方法，该方法包括如下步骤：检测电池端电压；从检测到的电池电压计算剩余电池容量；检测至少一种引起计算得到的剩余电池容量不准确的环境因素，例如电池温度的变化、电池自放电量与主机电池放电量等；根据检测到的至少一种环境因素确定是否需要对计算得到的剩余电池容量进行校正，基于至少一种环境因素校正计算得到的剩余电池容量；产生在主机上显示的校正后的电池剩余容量。

采用检测锂离子电池端的“电压”计量其“容量”的方法的优点在于应用简单、便于取样，而且软件算法简单，易于实现。但是，正如湖泊中的水容量并不能通过其水面高度精确反映一样，这种方法的缺点在于误差比较大，并不能准确地反映电池的真实容量，甚至会引起手机频繁自动关机等问题，严重影响产品的正常使用。首先如上所述，对于锂离子电池而言，与容量对应关系较好的那段电压的范围较小，并不能覆盖整个电池的有效使用电压范围，且其对应关系并非严格的正比例关系。另外锂离子电池的电压与电量对应关系同时要受到放电电流的极大影响，由于手机应用中的电池并不是恒流放电，其放电电流变化范围较大，如在待机时仅需几个毫安，而在播打电话时又会达到几百毫安，此时通过电压确定容量的方法就有很大的误差。在播打电话的情况下，由于此时放电电流很大，电池电压可能会突然大幅度降低，此时如果仍然用电压来反映电池容量的方法，极有可能造成手机对电池容量的误判断，造成电池容量显示不准确，甚至会造成误关机等严重后果。另外，电池的容量在很大程度上受到环境温度的影响，环境温度较低时电池的容量要比常温下的容量减小很多，此时采用电压来测量容量的话，也会引起很大的误差。

因此，需要提出一种更准确地测量电池容量的方法，来解决现有技术的不足。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题在于提供一种便携式设备电池容量的测量方法，该方法通过串联在电池放电回路中的电阻测量电池放电电流，并通过便携式设备中的微处理器对放电电流对时间进行积分的方法来确定电池释放的容量，并通过电池充满电的额定电量与已释放电量的比较来确定电池中的剩余容量。

为解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

一种便携式设备电池容量的测量方法，该方法包括如下步骤：

测量电池放电电流

确定电池释放的容量

确定电池中的剩余容量。

所述测量电池放电电流是采用通过串联在电池放电回路中的电阻来测量的。

所述电池放电电流流经电阻，从而其两端产生电压差，将这一电压差测量得出后，除以电阻值就可以得到电池的放电电流。

所述确定电池释放的容量是通过便携式设备中的微处理器对放电电流采取对时间进行积分的方法来确定的。

通过每过一定时间间隔，对放电电流进行测量，将放电电流与两次测量间的时间间隔相乘，具体公式为：

两次测量时间间隔之内放电容量＝放电电流×测量的时间间隔

将每次测量的放电容量结果不断累计从而得到电池已经释放出的总容量。

所述确定电池中的剩余容量是通过电池充满电的额定电量与已释放电量的比较来确定的。

在本测量方法中还需要对额定容量进行调整，该调整可以根据电池使用的循环次数来进行，在电池进行一定次数的循环之后，可以使用最近N次完全循环所测量的电池释放容量的平均值作为新的电池的额定容量。

在本测量方法中还有一个容量对温度调整的算法，根据电池使用时的实际环境温度进行额定容量调整，电阻R2和热敏电阻R3组成分压电路，对电池电压进行分压，通过微处理器的输入引脚将R3上的电压输入微处理器，通过A/D转换器对R3上的电压进行测量，得到此时电池的环境温度，再根据测量的环境温度对电池的容量进行调整。

本发明的优点在于：能够方便容易地对电池容量进行测量，准确地确定电池剩余电量，避免对电池容量的误判断，造成电池容量显示不准确，甚至会造成误关机等严重后果。

【附图说明】

图1是本发明系统结构框图。

图中：

MCU为便携式设备中的微处理器

图2是本发明电路结构示意图。

图中：

U1为便携式设备中的微处理器(MCU)；

U2为系统中锂离子电池的输入接口(battery connector)；

U3为显示模块(LCM)；

电阻R1是串联在电池放电回路中的放电电流测量电阻；

电阻R2与热敏电阻R3组成的电池电压分压电路；

电阻R3是测量电池温度的热敏电阻。

图3是本发明电池容量测量的工作流程示意图。

图4是本发明启动放电电流测量的工作流程示意图。

【具体实施方式】

针对采用检测电池电压近似获得电池容量的方法误差大的缺点，要想获知锂离子电池的电量使用的正确情况，只有对电池流出的电子进行统计，这一点类似家里用于计量用水量的水表的作用原理。只有计算出流出的电荷的多少才能准确地获得锂离子电池的电量使用情况。

而对于锂离子电池释放的电荷量，只有通过测量单位时间内回路流经的电流大小来确定。如果测到的电流是恒定不变的，把测到的电流乘于时间就可以简单的得到电荷量。但正如背景技术中所讲述，对于手机等便携式设备，电池并不是恒流放电，其电流是随时间变化的，这就需要对于这个变化的电流采取对时间进行积分的方法才能准确得到电池释放的电荷量。

对于电池放电的电流测量是通过测量一个特定的电阻两端的电压(单位伏特V或毫伏mV)，把电压除于这个电阻的阻值(单位欧姆ohm或毫欧mohm)，从而得到即时的电流值(单位是安培A或毫安mA)。

本发明采用通过串联在电池放电回路中的电阻测量电池放电电流，并通过便携式设备中的MCU对放电电流采取对时间进行积分的方法来确定电池释放的容量，并通过电池充满电的额定电量与已释放电量的比较来确定电池中的剩余容量。

如图1至图4所示，采用这种方法的一个实例，具体实现过程如下：

一、放电电流的测量。电阻R1串联在电池输入端以及系统负载之间，这样便携式设备所消耗的电流都通过电阻R1，为了减小电阻R1这一测量元件对设备正常工作的影响，这一电阻的阻值不能太大，一般在几十mohm左右，由于电池放电电流流经电阻R1，从而其两端产生电压差，将这一电压差测量得出后，除以R1的电阻值就可以得到电池的放电电流。

MCU的1、2引脚是MCU内部2个A/D转换器A/D1以及A/D2的输入端，MCU通过这两个A/D转换器测量电阻R1两端的电压，将两个转换器的转换值相减从而得到R1两端的电压差，并且将这个电压差除以R1的电阻值，从而得到电池的放电电流。

如果设备中的MCU不能提供足够的A/D转换器，可以通过外加A/D转换器来测量R1两端的电压，并且将转换结果送入MCU计算的方法来得到电池的放电电流。

二、电池容量的确定

从前面的分析可以看出将电池的放电电流对时间进行积分就可以得到电池释放出的容量。因此可以通过每过一定时间间隔，对放电电流进行测量，将放电电流与两次测量间的时间间隔相乘，具体公式：

由于便携式设备在其使用的大部分时间内处于消耗电能较小，且放电电流变换较小的“待机”工作模式下，可以利用这一特性，优化对电池释放能量的测量方法。在设备正常工作时，在较短的时间间隔内连续对放电电流进行测量，以保证测量结果的准确性，在“待机”工作模式下拉大两次放电电流测量的时间间隔，从而减小MCU的数据处理量。

电池可用容量等于电池每次充满电之后的额定容量(或初始容量)减去已经释放的容量。例如一块电池在充满电之后的初始容量为600mAh，测量到已经释放容量为137mAh，则当前电池可用容量为600-137＝463mAh。

得到了电池可用容量后，MCU就可以通过控制显示模块LCM将其显示出来，从而提醒用户注意充电或者更换电池。但是一般手机不会直接显示容量(比如″还有130mAh″或″剩下300mAh″)，因为这样的显示对于用户来说不好理解。

在这种情况下，一般可以采用容量百分比(单位是％)的方式进行显示。将当前的电池容量除以额定容量就可以得到当前电池的可用容量百分比。

如一块额定容量为600mAh的电池，如果当前电池容量只有300mAh，手机就显示300/600＝50％。

三、额定容量的设定

由于锂离子电池的实际容量会随着其不断使用，反复循环的进行充放电而减少，可用容量会逐渐的衰减。这时如果对于电池的每次充满电之后的初始容量仍然使用出厂时的设置，将会导致容量显示的错误。如出厂时标识容量为600mAh的电池，在100次循环以后，其实际容量可能已经变成500mAh了，如果在进行容量显示是仍然按照600mAh作为初始容量来计算的话，势必造成电池容量显示超过实际可用容量的问题。

因此，在电池容量测量方法中还需要对额定容量进行调整，这个调整可以根据电池使用的循环次数来进行。在电池进行一定次数的循环之后，例如20次后，可以使用最近10次完全循环所测量的电池释放容量的平均值作为新的电池的额定容量。

同时锂离子电池的额定容量还会随使用温度的变化而变化，比如在室温摄氏25度时，电池可以得到几乎100％的可用容量，而当环境温度降低到摄氏0度时，电池只能放出80％的可用容量。此时如果不对容量进行温度调整的话，势必造成在低温环境使用时，可能出现显示还剩余20％的容量，但此时设备却不能正常工作的现象。

所以本测量方法中还有一个容量对温度调整的算法，会根据电池使用时的实际环境温度进行额定容量调整。如图2所示，电阻R2和热敏电阻R3组成分压电路，对电池电压进行分压，通过MCU的输入引脚3(MCU内部的A/D转换器A/D3的输入)将R3上的电压输入MCU，通过A/D3对R3上的电压进行测量。因为热敏电阻R3的阻值会随着温度的变化而变化，这种变化对于特定的热敏电阻有着相应的对应关系。这时会使R3上的电压值也进行变化，因此可以通过R3的电压测量得到此时电池的环境温度，再根据测量的环境温度对电池的容量进行调整。

通过本发明提出的测量电池容量的方法，能够方便容易地对电池容量进行测量，准确地确定电池剩余电量，避免对电池容量的误判断，造成电池容量显示不准确，甚至会造成误关机等严重后果。

综上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范畴。

Claims

1、一种便携式设备电池容量的测量方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

测量电池放电电流

确定电池释放的容量

确定电池中的剩余容量。

2、根据权利要求1所述的便携式设备电池容量的测量方法，其特征在于：所述测量电池放电电流是采用通过串联在电池放电回路中的电阻来测量的。

3、根据权利要求1或2所述的便携式设备电池容量的测量方法，其特征在于：所述电池放电电流流经电阻，从而其两端产生电压差，将这一电压差测量得出后，除以电阻值就可以得到电池的放电电流。

4、根据权利要求1所述的便携式设备电池容量的测量方法，其特征在于：所述确定电池释放的容量是通过便携式设备中的微处理器对放电电流采取对时间进行积分的方法来确定的。

5、根据权利要求1或4所述的便携式设备电池容量的测量方法，其特征在于：通过每过一定时间间隔，对放电电流进行测量，将放电电流与两次测量间的时间间隔相乘，具体公式为：

6、根据权利要求1所述的便携式设备电池容量的测量方法，其特征在于：所述确定电池中的剩余容量是通过电池充满电的额定电量与已释放电量的比较来确定的。

7、根据权利要求1所述的便携式设备电池容量的测量方法，其特征在于：在本测量方法中还需要对额定容量进行调整，该调整可以根据电池使用的循环次数来进行，在电池进行一定次数的循环之后，可以使用最近N次完全循环所测量的电池释放容量的平均值作为新的电池的额定容量。

8、根据权利要求1所述的便携式设备电池容量的测量方法，其特征在于：在本测量方法中还有一个容量对温度调整的算法，根据电池使用时的实际环境温度进行额定容量调整，电阻R2和热敏电阻R3组成分压电路，对电池电压进行分压，通过微处理器的输入引脚将R3上的电压输入微处理器，通过A/D转换器对R3上的电压进行测量，得到此时电池的环境温度，再根据测量的环境温度对电池的容量进行调整。