TW201644143A - 對於多電池裝置的負載分配 - Google Patents

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Abstract

本文件說明對於多電池裝置的負載分配的技術與設備。在一些具體實施例中，這些技術與設備判定多電池裝置操作消耗的負載電力量。亦判定裝置的多個電池能夠提供電力的各別效率。隨後，基於電池的各別效率，從每一電池汲取負載電力的各別部分。

Description

對於多電池裝置的負載分配
本發明相關於對於多電池裝置的負載分配。
提供此先前技術區段，以一般地呈現對於當前揭示內容的背景內容。除非在本文中另外指示，否則此先前技術區段的說明，並非明確地亦非隱含地被承認是對於當前揭示內容（或下列申請專利範圍）的先前技術。
通常使用電池作為行動計算與電子裝置（諸如可穿戴式裝置、智慧型手機、平板與類似者）的電源。行動裝置的連續操作時間（lifetime）通常由裝置電池所提供的能源量判定。然而，電池提供的能源量，通常小於電池所儲存的總能源量。因為電池與其他電力電路系統內的低效率因素，至少一些的電池總能量損失而未被提供至裝置。在許多情況下，這些低效率因素影響電池提供能量能力的程度，取決於電池的條件以及從電池汲取電力的方式。
例如，電池的內阻通常隨著電池電量狀態下降而提升，或隨著電池老化而提升。此內阻提升在從電池汲取電力時造成額外的內部能量損失，而等效地降低了提供至裝置的有用能源量。在一些情況中，諸如在短時間內從電池汲取大量電力時，這些內部能源損失可實質上衝擊提供至裝置的有用能源量，且因此實質上使電池連續操作時間退化。
本文件說明對於多電池裝置中的負載分配的技術與設備。換言之，對於可由多電池供電的裝置，負載分配可在任何給定時間指定要從多電池中的哪些電池汲取電力以對裝置供電。再者，負載分配亦可各別指定從裝置多電池的子集或全體汲取的電力量。在至少一些情況中，基於多電池可提供電力的各別效率，將裝置的負載電力分配至裝置的多電池。藉此，可減少裝置的總體能量消耗，此可延長裝置的連續操作時間。
在一些具體實施例中，判定裝置操作所消耗的負載電力量。亦判定裝置電池能夠提供電力的各別效率。隨後，基於電池的各別效率判定負載電力對於電池的分配，以最大化電池協同對裝置供電的效率。根據所判定的分配，從電池之每一者汲取（例如由電池之每一者供應）裝置所需的負載電力的部分。
在其他具體實施例中，判定裝置正消耗的當前負載電力量。亦估計裝置在未來時間點處將消耗的預期負載電力量。判定裝置電池能夠提供電力的各別效率。隨後，基於當前負載電力量與預期負載電力量以及這些各別效率，判定負載電力在多電池之中的分配。此分配可有效地將直到未來時間點的多電池對裝置供電的效率最大化。根據所判定的分配，從電池之每一者汲取（例如由電池之每一者供應）裝置所需的負載電力的部分。
提供此概要以介紹簡化的概念，這些概念將於下面的實施方式中進一步說明。此概要並非意為識別所請技術主題的必要特徵，亦非意為用於判定所請技術主題的範圍。對於多電池裝置的負載分配的技術及（或）設備，在本文中如背景內容所准許地個別或連同稱為「技術」，雖然技術可包含或代表本文所說明的其他態樣。
綜觀
行動裝置時常從多個電池汲取電力以供操作。通常而言，這些電池被配置為單片或靜態拓樸，其中從裝置的所有電池汲取電力，直到電池到達電池放電終點為止。然而，單片或靜態電池拓樸使電池的選擇受限於具有類似操作特性（諸如電壓量變曲線與容量）的電池，諸如一組鋰聚合物電池。此排除了使用其他或多重類型電池的可能性，這些電池可提供各種優點，諸如不同的實體或電性特性。此外，因為經由固定式電路系統從所有電池汲取電力，行動裝置的能量利用率的效率基本上受限於單一電池類型的電性特性。
本文件說明對於多電池裝置的負載分配的技術與設備。這些設備與技術致能裝置負載電力對於多個電池的可變分配。在一些情況中，基於多個電池能夠提供電力的各別效率，來判定負載電力分配。藉此，可將多個電池對裝置供電的效率最大化。替代或額外地，負載電力的分配可致能使用具有不同的實體或電性特性的異質性電池。此可致能裝置設計者選擇多個類型的電池，以更有效率地應付行動裝置的不同的工作量類型或量變曲線。
以上僅為致能對於多電池裝置的負載分配的技術中的一些範例，以下將說明其他範例。
範例操作環境
第1圖圖示說明範例操作環境100，其中可實施對於多電池裝置的負載分配的技術。操作環境100包含計算裝置102，以三種範例圖示說明計算裝置102：智慧型手機104、平板計算裝置106（具有可選式鍵盤）以及膝上型電腦108，雖然亦可使用其他計算裝置與系統，諸如上網本、健康監測裝置、感測器節點、智慧型手表、運動配件、物聯網（Internet-of-Things；IoT）裝置、可穿戴式計算裝置、媒體播放器、以及個人導航裝置。
計算裝置102包含電腦處理器110以及電腦可讀取儲存媒體112（媒體112）。媒體112包含作業系統114與應用程式116，作業系統114與應用程式116致能計算裝置102的各種作業。作業系統114管理計算裝置102的資源，諸如處理器110、媒體112以及類似者（例如硬體子系統）。應用程式116包含存取由作業系統114管理的資源的工作或線程，以實施計算裝置102的各種作業。媒體112亦包含負載管理器132，負載管理器132的實施與使用有多種可能性，此將於下文詳細說明。
計算裝置102亦具有電路系統120與電池單元122，計算裝置102可從電池單元122汲取電力以操作。一般而言，電力電路系統120可包含經配置以致能計算裝置102從電池單元122汲取操作電力，或施加充電電力至電池單元122的韌體或硬體。電池單元122可包含任何適合的數量或類型的可充電式電池單元，諸如鋰離子（Lion）、鋰聚合物（Li-Poly）、鋰陶瓷（Li-C）、軟性印刷電路（flexible printed circuit；FPC）Li-C、以及類似者。電力電路系統120與電池單元122的實施與使用有多種可能方式，此將於下文詳細說明。
計算裝置102亦可包含顯示器124、輸入機制126、以及資料介面128。雖然圖示為與第1圖範例裝置整合，但顯示器124可經由有線或無線式顯示介面與計算裝置102分離實施。輸入機制126可包含姿勢感應式感測器與裝置，諸如觸控式感測器與動作追蹤感測器（例如基於攝影機）、按鈕、觸控板、加速度計、以及具有附加的語音辨識系統的麥克風等等。在一些情況中，輸入機制126與顯示器124整合，諸如在具有整合式觸控感應或動作感應式感測器的觸控感應式顯示器中。
資料介面128包含任何適合的有線或無線資料介面，此資料介面致能計算裝置102與其他裝置或網路通訊資料。有線資料介面可包含序列或並列式通訊界面，諸如通用序列匯流排（universal serial bus；USB）與本地區域網路（local-area-network；LAN）。無線資料介面可包含收發器或模組，收發器或模組經配置以經由基礎設施或同級間（peer-to-peer）網路來通訊。這些無線資料介面的一或更多者，可經配置以經由近場通訊（near-field communication；NFC）、個人區域網路（personal-area-network；PAN）、無線本地區域網路（wireless local-area-network；WLAN）、或無線廣域網路（wireless wide-area-network；WWAN）來通訊。在一些情況中，計算裝置102的作業系統114或通訊管理器（未圖示）基於計算裝置102於其中操作的環境的特性，來選擇資料介面以用於通訊。
第2圖圖示說明範例電池系統200，電池系統200能夠實施本文所說明的技術的態樣。在此特定範例中，電池系統200包含負載管理器118、電力電路系統120、以及電池單元122。在一些具體實施例中，藉由處理器執行處理器可執行式指令，在計算裝置的軟體（例如應用程式介面）或韌體中實施負載管理器118。替代或額外地，負載管理者118的部件可被與電池系統200的其他部件整合實施，其他部件諸如電力電路系統120與電池單元122（個別或封裝式）。
負載管理器118可包含第2圖中圖示的個體的任意或全體，包含電池監測器202、電池配置器204、負載監測器206、工作量估計器208、以及負載分配器210。電池監測器202經配置以監測電池單元122的特性，諸如端點電壓、電流、狀態電荷（例如剩餘容量）、溫度、老化程度（例如時間或充電次數）以及類似者。在一些情況中，電池監測器202可基於其他特性（諸如老化程度、溫度或電量狀態）之任意者，來計算或判定電池單元的內阻。
電池配置器204經配置以判定或存取電池單元122的各別配置資訊，諸如單元製造者、化學類型、額定容量、電壓與電流限制（例如截止值）、電路拓樸以及類似者。在一些情況中，在判定電池單元的內阻時，電池配置器204的資訊亦可為有用的。電池配置器204可儲存並致能負載管理器118的其他個體存取此電池單元配置資訊。
負載監測器206監測計算裝置102操作所消耗的負載電力量。負載監測器206可監測當前負載電力量（例如即時電力消耗）或一段時間內消耗的負載電力，諸如藉由庫倫計數（Coulomb counting）。此負載電力通常為電池單元122之一或更多者所提供（或從電池單元122之一或更多者汲取）的電力量，以致能計算裝置102的作業。在一些情況中，負載監測器206監測從電池單元122之每一各別者汲取的個別電力量。負載監測器206亦可監測計算裝置102在充電期間施加至電池單元122之一或更多者的電力量。
工作量估計器208估計在執行各種工作或作業時，計算裝置102可消耗的電力量。在一些情況中，估計在一段時間期間內、在未來的一段時間期間內、或在未來一時間點處的電力量。對於電力的估計，可基於計算裝置102正執行、排程執行、似將執行等等的工作（例如螢幕是開啟（高電力）或關閉（低電力））。
例如，工作量估計器可接收來自作業系統114、指示計算裝置102資源經排程執行的一工作組的資訊。基於工作組，工作量估計器208估計或預測計算裝置102執行工作將消耗的預期電流量。在一些情況中，工作量估計器208基於執行工作的排程（例如活躍時間或睡眠時間）或預測順序，來提供一段時間內的電力消耗預測。
負載分配器210經配置以判定電池單元122要提供的對於計算裝置102負載電力的分配。此分配可界定分布至電池單元122之每一者的裝置負載電力（例如所需的總和操作電力）的各別部分。根據此分布，裝置從不同的電池單元汲取裝置所需的負載電力；亦即，每一電池單元供應裝置負載電力的各別部分。在一些情況中，負載分配器210基於從負載管理器118的其他實體接收來的資訊來判定負載分配方案，資訊諸如計算裝置102的當前與預期工作量、以及電池單元122的各別特性（例如，內阻）。基於此資訊，分配方案可經配置以從電池單元122的全體或子集汲取電力，以將從電池單元122汲取電力的效率最大化。
一般而言，從電池單元122汲取電力的效率，可被界定為從電池單元122萃取的有用能量對電池單元122儲存的總和能量的比例。理想上來說，將從電池單元122萃取所有所儲存的能量，作為有用的能量以供計算裝置102消耗。然而，所儲存能量的至少一些被浪費或損失於電池單元122內，此係由各種因素所造成，諸如寄生損失、溫度、或材料崩潰。因此，將電池單元122之每一者中所浪費的能量最小化，可有效地最大化從所有電池單元122汲取電力的總體效率。
相關聯於電池所浪費能量的主要因素，包含從電池汲取的負載電力，以及電池內阻。如本徵存在於電池本質中的，較高的負載電力量使得電池內浪費的能量較多，此相應地減少了有用能量的輸出。第1表圖示負載電力對能量輸出的範例，其中負載電力被由容量C標註，使得負載1C的應用將使電池放電約一小時（基於額定容量）。 第1表
如第1表資料所指示，在6C負載電力下電池輸出的有用能量，要比1C負載電力下電池輸出的有用能量少得多。此差異係由於在電池經受6C負載電力時所發生的提升的浪費能量位準。
在流動通過電池的給定電流位準之下，電池內阻亦可影響浪費能量的量。定量來說，將電池簡化為具有內阻與理想電源的等效電路，可將浪費能量模型化為在一段時間內的電流平方乘以內阻。因此，較高的內阻在電池內產生較大的浪費能量。在固定的外部條件之下，內阻相應取決於電池的電量狀態（state-of-charge；SoC），電量狀態降低使得內阻提升。因此，在電池的SoC降低時，由於電池的內阻提升，在給定負載電力位準之下浪費更多能量。因此，負載分配器210在分配計算裝置102的工作量時，可考量負載電力位準或電池的各別內阻。
負載分配器210亦可基於負載演算法212（演算法212）分配計算裝置102的負載電力。演算法212可包含一般類別的分配演算法，諸如排程演算法與權重式演算法。排程演算法包含藉以在任何時刻、由一或多個電池供應計算裝置102負載電力的演算法。或者，權重式演算法包含由多個電池的全體或子集供應計算裝置102負載電力的演算法。任一類別的演算法可根據裝置工作量或提供裝置電力的多個電池的特性，提供更有效率的負載電力分配。
在一些具體實施例中，排程演算法包含循序演算法、最小內阻演算法（最小阻值演算法）、以及臨限演算法。循序演算法分配負載電力，以循序地一個電池接一個電池地汲取負載電力。例如，可使用一個電池直到電池完全放電為止，此時從下一個電池汲取電力。最小阻值演算法（亦可稱為「貪心的」演算法），基於負載的即時電力位準以及電池各別的即時內阻來分配負載電力。因為從具有高內阻的電池汲取大量電力是非常低效率的，最小阻值演算法將高電力負載分配至具有最小內阻的電池。此外，最小阻值演算法可將低電力負載分配至具有較高內阻的電池。
臨限演算法基於相關聯於電池的特定臨限來操作，諸如對於SoC或內阻的臨限。更特定言之，臨限演算法可被實施為基於臨限實施多個其他演算法態樣的混合式演算法。例如，臨限演算法可應用循序演算法至多個電池，直到每一電池到達特定臨限為止，諸如電量狀態的50%。隨後，臨限演算法可應用最小阻值演算法，以將裝置負載電力分配至部分放電的多個電池。
權重式演算法可包含並聯演算法與可變權重式演算法。這些演算法將計算裝置102的負載電力或工作量同時分配至多個電池。並聯演算法將負載電力分配至多個電池的全體，且可藉由將電池一起並聯連接來實施。然而在大多情況中，電池的並聯連結將並聯演算法的應用限制為類似類型的電池，以防止可傷害電池的非意圖的電池間電流（例如充電）。
通常而言，對於多個電池，並聯演算法的分配最小化即時浪費能量或最大化即時能量效率。作為範例，考量具有n個電池的系統，每一電池具有阻值Ri 。系統負載電力（或負載電流I）被施加至每一電池作為Ii 。系統的浪費能量可被最小化，如方程式1所示。方程式1
應用標準拉格朗日（Lagrange）乘數逼近法，產生如方程式2所示的最佳解。方程式2
進一步界定電壓V為-λ/2而得出方程式3，方程式3為並聯連接的多個電池最小化相關聯於阻值Ri 的即時能量損失的結果。方程式3
然而如上文所提到的，並聯演算法的應用可最適合於同質性電池，以避免不平衡的電池電路或不同狀態的電池之間的非意圖充電。
可變權重式演算法可分配變化的負載電力部分至多個電池，除了經受方程式3者之外。在一些情況中，可變權重式演算法能夠將不同的負載電力量分配至多個電池之每一者。因為可變權重式演算法能夠將特定負載電力分配至多個電池的個別者或子集，可從異質性電池汲取負載電力。替代或額外地，可變權重式演算法可將大約均等的負載電力部分分配至異質性電池，諸如藉由處理電池之間的差異。
在至少一些具體實施例中，可變權重式演算法提供在一段時間中的最佳效率，特別是在工作量在低電力與高電力之間變化時。在一些情況中，此包含將低電力負載分配至具有較低SoC（較高內阻）的電池，以保存具有較高SoC（較低內阻）的其他電池的效率。
作為範例，考量具有在單位時間長度中對兩個循序工作量供電的m個電池的系統。m個電池的初始阻值為R1 至Rm ，而負載電流為L與H。讓x1 至xm 標註低電力負載的電流密度L，且y1 至ym 標註高電力負載的電流密度H，目標為判定x1…m 與y1…m 的分配，以使得負載H的浪費能量最小化。
再者，假定電池m的SoC—內阻關係為線性的（例如曲線），使得若從電池I汲取電流密度x1 以供電L，則在供電H時的阻值將為，其中內阻關係的為定值，但可在電池之間變化。亦假定在供應任一負載時內阻不改變，且xi 與yi 的負載分配可為任何實數，只要且，最小值可由方程式4表示。方程式4
為了解出最小值，被界定為對負載H供電的電池I的傳導性。基於對於任意i的的先前最佳化，對於最佳yi 應與zi 成比例並加總至負載H，此得出。此允許目標函數被寫為方程式5。方程式5
根據方程式5，最佳化可被寫為如方程式6所示，其中為對於給定實例的常數。方程式6
解出方程式6的最佳化得出方程式7，其中λ為拉格朗日乘數。方程式7
根據此分析，可判定可變權重式演算法可藉其分配負載電力的數個態樣。例如，負載L的最佳分數排程係獨立於未來負載H的電流密度。此外，因為，應對負載L分配電流x1…m ，使得電池m的阻值各別與他們對於SoC關係的內阻的平方根（例如）成比例。
替代或額外地，可變權重式演算法可考量電池內阻的導數以得到負載電力的最佳分配。在一些情況中，根據電池內阻之間的變異，平方根分布可不為可得到的。然而在此種情況中，在多個電池之間的充電，可致能更最佳化的工作量分配，諸如在電流密度為負時。在另外的情況中，在電池具有類似的或相同的內阻曲線時，最佳解可包含拉平（leveling out）電池之間的內阻（可能藉由電池間充電）。
為了實施這些概念，偏導數可與結合，以將xi 表示為對λ的函數。根據，解出隨後得出xi 的最佳化，如下面的方程式8至10所示。方程式8方程式9其中：、、且。 方程式10
雖然參照可變權重式演算法來說明，但負載分配器210可結合本文說明的其他演算法之任意者來實施所說明的負載分配態樣的任意者或全體。
雖然圖示為不同的個體，但電池監測器202、電池配置器204、負載監測器206、工作量估計器208以及負載分配器210之任意者或全體，可與彼此個別實施或由任何適合的形式結合或整合。例如，這些實體（或這些實體的功能）之任意者可被一般地結合為負載管理器118，負載管理器118可被實施為作業系統114的應用程式介面（program application interface；API）或系統部件。
電池系統200亦包含電力電路系統120，電力電路系統120提供負載管理器118與電池單元122之間的介面。一般而言，電力電路系統120可包含硬體與韌體，這些硬體與韌體致能計算裝置102從電池單元122汲取電力（例如放電）、施加電力至電池單元122（例如充電）、以及實施各種具體實施例。在此特定範例中，電力電路系統120包含充電電路系統214、感測電路系統216、以及切換電路系統218。
充電電路系統214經配置以提供電流，由此電流對電池單元122充電。充電電路系統214可實施任何適合的充電量變曲線（profile），諸如定電流、定電壓、或由負載管理器118提供的自訂量變曲線，諸如電池間充電。在至少一些具體實施例中，充電電路系統214能夠提供不同的電流量至被同時充電的不同的各別電池單元。
感測電路系統216經配置以感測或監測電池單元122的操作特性。這些操作特性可包含電壓位準、被施加的電流量、或從電池單元122一各別者汲取的電流量。在一些情況中，感測電路系統216可與充電電路系統214整合實施，諸如作為包含感測元件的充電控制器或電路（例如類比數位轉換器（ADC）與感測電阻器）的部分。
電力電路系統120亦包含切換電路系統218，切換電路系統218致能負載管理器118將計算裝置102的負載電力分配並分布至電池單元122。在一些情況中，負載電力的部分被分布至電池單元122的全體或子集。在此種情況中，所分布負載電力的每一部分彼此不同。切換電路系統218可被使用任何適合的電路來實施，諸如多工電路系統，多工電路系統在電池單元122之間切換以協助連接適當的電力電路系統組，以進行電池單元感測、電力消耗、或電力應用（例如充電）。
電池單元122可包含任何適合數量或類型的電池單元。在此特定範例中，電池單元122包含電池單元—1 220、電池單元—2 220、以及電池單元—N 224，其中N可為任何適合的整數。電池單元122可包含各種同質性或異質性的單元形狀、容量、或化學類型的結合者。電池單元122之每一者可具有特定或不同的單元配置，諸如化學類型、形狀、容量、封裝、電極尺寸或形狀、串聯或並聯的單元設置以及類似者。因此，電池單元122之每一者亦可具有不同的參數，諸如內阻、電容值、或濃度阻抗（concentration resistance）。
第3圖根據一或更多個具體實施例圖示說明範例電池配置300。電池配置300包含電池—1 302、電池—2 304、電池—3 306以及電池—4 308，這些電池之每一者可經配置為任何適合類型的電池。此外，電池302至308之每一者各別由並聯電容值體310至316（例如超級電容器）來配置，此可有效減輕對於給定電池上的各別電流突波。
電池302至308之每一者提供電力至計算裝置102或接收來自計算裝置的電力。此電力可被分布為各別的電流部分，由電流I1 318、電流I2 320、電流I3 322、以及電流I4 324來圖示。這些個別電流被經由電池切換電路326（切換電路326）多工處理，這些電流的加總為電流I裝置 328。在此注意到，切換電路326僅為參照第2圖所說明的感測電路系統216的一種範例實施例。在一些情況中（諸如正常裝置作業），電池切換電路326在電池302至308之間快速切換，而等效地從電池之每一者汲取電流或電力。在其他情況中電池切換電路326可隔離電池302至306之一者，並在剩餘電池之子集之間切換以繼續對計算裝置102供電。
雖然圖示為單串聯四並聯拓樸（1S4P），但電池配置300可由任何適合的拓樸來實施，諸如多串聯多並聯拓樸（例如2S3P、3S4P、或2S2P）。在實施為多串聯拓樸時，電池配置300的每一串聯位準可包含切換電路326的實例。此可致能在所需電壓下從不同的串聯電池組合汲取電力。
第3圖亦圖示說明範例電池模型330，電池模型330可用於模型化本文所說明的電池或電池單元之任意者。一般而言，電池模型330可由負載分配器210使用以計算或判定一效率，電池單元或電池能夠在此效率下提供電力。在一些情況中，影響電池效率的參數為動態的，且可無法由傳統感測技術來直接觀察或測量。在此種情況中，電池模型330可有用於估計這些參數或他們對於電池效率的影響。
在此特定範例中，電池模型330包含理想電壓源，理想電壓源提供電力且具有開路電壓332（VO 332）。電池模型330亦包含直流（DC）內阻334（RDCIR 334），DC內阻334隨著電池電流336（I 336）通過電池而產生內部電力損失。如上文所述，可基於對於電池模型330的SoC來判定RDCIR 334。電池電壓338（V 338）代表對於電池模型330的端點電壓，並可受到相關聯於其他參數的損失的影響，諸如在電流通過內阻334時（例如相關於此的電壓降）。
範例方法
本文所說明的方法之全體或部分，可被個別使用或與彼此結合使用。這些方法被示為諸如透過一或更多個實體或模組執行的作業（或步驟）組，且非必須受限於所示的作業執行順序。在下面討論的部分中，可參照第1圖的操作環境100、第2圖的電池系統200、第3圖的電池單元配置300、以及本文其他部分所說明的其他方法與範例具體實施例，這些參照的目的僅為示例。
第4圖繪製用於估計電池單元內阻的方法400，包含由負載管理器118或負載分配器210執行的作業。
在402，判定多電池裝置正消耗的負載電力量。裝置的多個電池可包含任何適合數量的電池或任何適合的電池結合者，諸如具有不同容量或化學類型的電池。在一些情況中，可由電池監測器測量正消耗的負載電力量。在其他情況中，可估計正消耗的電力量。
作為範例，考量智慧型電話104的使用者正透過無線資料介面進行雙向視訊通話。在視訊通話期間，智慧型電話104的部件（諸如處理器110、媒體112與顯示器124）從電池單元122汲取負載電力以操作。在此假定負載監測器206判定智慧型電話104正消耗約3瓦的電力以執行視訊通話。此係圖示說明於第5圖的電力圖表500中，在此圖表中圖示在一段時間下的裝置負載電力502。
在404，判定效率，多個電池可在這些效率下對裝置提供電力。這些效率可指示在從電池之每一者汲取各種電力量時將浪費的能量的量。在一些情況中，基於每一電池的配置或特性（諸如化學類型、容量、SoC、內阻、老化程度、溫度以及類似者）來判定效率。
在先前範例的背景內容中，智慧型電話104的電池單元122包含鋰聚合物單元與鋰陶瓷單元。為了估計這些電池能夠在哪些效率下提供電力，負載分配器210接收來自電池監測器202與電池配置器204的資訊。此資訊包含鋰聚合物單元的SoC為約1.9 Ahr容量的25%，而鋰陶瓷單元的SoC為約210 mAhr容量的50%。根據此資訊，負載分配器210分別判定鋰聚合物單元與鋰陶瓷單元的內阻為200 mOhms與1 Ohm。
在406，基於多個電池的各別效率判定負載電力的分配。此可有效地將多個電池對裝置供電的效率最大化。在一些情況中，基於多個電池的各別內阻與裝置正消耗的負載電力量來判定分配。所判定的分配可將不同量的負載電力分配至多個電池的全體或子集。替代或額外地，多個電池的一些可不接收負載電力的分配（例如零負載電力部分）。
繼續看到前述範例，負載分配器210判定對於智慧型電話104的負載電力分配為約3瓦。基於鋰聚合物單元與鋰陶瓷單元的內阻，負載分配器判定權重式負載電力分配將最有效率地利用電池的剩餘能量。在此假定分配為對於鋰陶瓷單元為約500毫瓦的負載電力，而對於鋰聚合物單元的負載電力為約2500毫瓦。
在408，基於所判定的分配從多個電池之每一者汲取各別的負載電力部分。此可有效地將各別部分分布至多個電池的子集或全體。在一些情況中，藉由切換電路系統將各別部分分布至多個電池之每一者。在此種情況中，切換電路系統可在多個單元之間切換，等效地同時汲取負載電路部分。如上述，各別的負載電力部分可與彼此不同，且一些負載電力部分可為約零（例如當前未使用的電池）。
總結當前範例，負載分配器210根據所判定的權重式分配，經由切換電路系統218將智慧型電話104的負載電力分布至電池單元122。返回第5圖，此係圖示於504與506，504指示從鋰聚合物單元汲取的負載電力，而506指示從鋰陶瓷單元汲取的負載電力。在此注意到，所分布的負載電力504與506的結合者提供負載電力502，智慧型電話104藉由負載電力502操作。
在能量利用的背景內容中，第6圖的能量量變曲線600圖示說明智慧型電話104的能量消耗在一段時間內的分布。在此將鋰聚合物單元提供的能量圖示為圖表元素602，並將鋰陶瓷單元提供的能量圖示為圖表元素604。如能量量變曲線600所圖示說明，鋰陶瓷單元提供能量直到鋰陶瓷單元到達放電終點（約於第十四分鐘），此時由鋰聚合物單元單獨提供能量。因為從兩電池同時汲取能量的效率，智慧型電話104的連續操作時間延伸至二十分鐘，儘管在不同的電池使用型態下連續操作時間將為較少。
第7圖繪製用於將負載電力在一段時間內分配至多個電池的方法700，包含由負載管理器118或負載分配器210執行的作業。
在702，判定多電池裝置正消耗的當前負載電力量。在一些情況中，正消耗的當前電力量可被分類為高電力工作量或低電力工作量。可基於裝置的多個電池的各別電壓以及正消耗的電流量來計算當前電力量。替代或額外地，從裝置的電力管理電路系統或多個電池接收對於電力消耗的指示。
作為範例，考量正由平板計算裝置106進行會議的使用者。在此假定使用者正經由投影機呈現媒體素材並舉行視訊會議通話。負載監測器206判定從電池單元122消耗的當前電力量為約5瓦，負載分配器將此電力量分類為高電力工作量。第8圖的電力圖表800圖示說明範例工作量分類，其中工作量被分類為高電力802與低電力804。在此特定範例中，由平板計算裝置106消耗的當前電力量被分類為高電力工作量806。
在704，估計裝置在未來時間點處將消耗的預期電力量。可基於裝置排程於未來時間點執行的工作或作業來估計預期電力量。如同當前電力量，預期電力量亦可被分類為低電力工作量或高電力工作量。在一些情況中，可基於裝置使用歷史、使用者每日活動、或行事曆資訊（例如工作天、約會、以及會議資訊），來判定裝置的工作或作業執行的時間點。
在當前範例的背景內容中，工作量估計器208預測接下來數小時平板計算裝置106的電力使用。為此，工作量估計器208查詢作業系統114的排程器與行事曆，以判定預期平板計算裝置106的活動位準何時改變。隨後，對應於這些活動位準的時間期間被分類為低電力工作量或高電力工作量（諸如第8圖所圖示）。注意到，工作量並非必須被對於一致的持續時間而排程，而是可被對於對高與低電力消耗位準的活動位準或臨限而估計。低電力工作量808為此種工作量的一種範例，在低電力工作量808期間內在使用者睡眠同時裝置活動為低。
在706，接收關於效率的資訊，多個電池之每一者能夠以此效率提供電力。在一些情況中，從監測多個電池的裝置實體接收資訊。在其他情況中，多個電池之一者內的微控制器可將資訊發送至裝置。資訊可包含各別電池的特性，諸如電池的SoC、內阻、老化程度、溫度、剩餘容量以及類似者。繼續看到當前的範例，負載分配器210從電池單元122之每一者接收SoC資訊。
在708，基於當前電力量與預期電力量以及多個電池的效率，來判定負載電力的分配。此可有效地將多個電池對裝置供電的效率最大化。在一些情況中，經由分析相關聯於多個電池的效率資訊的演算法來判定分配。在此種情況中，這些演算法可包含在本文中說明的循序或並聯演算法或以上之結合者。
在本範例的背景內容中，負載分配器210使用權重式演算法對平板計算裝置106分析當前工作量並預測工作量。由於當前的高電力工作量，負載分配器210判定將電力消耗擴展至所有電池單元122的分配，以將電池單元122的各別內阻所造成的損失最小化。
在710，基於所判定的分配，從多個電池之每一者汲取當前負載電力的部分。此可有效地將當前負載電力的部分散布至多個電池的子集或全體。在一些情況中，由切換電路系統將各別部分散布至多個電池之每一者。在此種情況中，切換電路系統可切換於多個單元之間，以等效地同時汲取負載電力部分。
總結本範例，負載分配器210根據所判定的分配，經由切換電路系統218將膝上型計算裝置106的負載電力散布至電池單元122。雖然是使用權重式演算法來判定分配，但其他演算法亦可提升裝置的裝置執行時間。為了說明目的，第2表圖示對於具有鋰聚合物單元與鋰陶瓷單元的裝置的範例執行時間。 第2表
可選地，方法700可返回作業702，以使用相同或不同的演算法選擇另一分配。此可發生在平板計算裝置106的工作量在高電力工作量與低電力工作量之間轉變時，諸如在低電力工作量808下。
第9圖繪製用於在裝置的多個電池上充電的方法900，包含由負載管理器118或負載分配器210執行的作業。
在902，從具有多個電池的裝置的第一電池汲取負載電力。裝置的多個電池可包含任何適合的數量的、具有各種配置或狀態的電池。在一些情況中，根據由排程演算法判定的分配汲取負載電力。在此種情況中，排程演算法可分配第一電池的電力，以供應裝置的當前工作量。裝置的當前工作量可為低電力工作量，諸如裝置的預測睡眠時間或待機時間。
在904，判定第一電池能夠對未來工作量供電的效率並非是最佳的。在一些情況中，此判定係回應於未來工作量的估計電力消耗中的改變。在此種情況中，工作量估計器可預測或重新估計裝置的未來工作量為高電力工作量。例如，工作量估計器可回應於非預期的使用者互動而重新估計一系列的工作量。基於更新的工作量估計，排程演算法可判定對於多個電池，未來的高電力工作量可更有效率地由第一電池供應。然而由於先前的放電，第一電池可供應高電力工作量的效率可不為最佳的。
在906，由裝置的第二電池對第一電池充電，以提升第一電池的電量狀態。在一些情況中，由多個電池的全體或子集對第一電池充電。此可有效提升第一電池能夠對未來高電力工作量供電的效率。特定而言，提升第一電池的電量狀態，可降低第一電池的內阻。藉此，在供應未來工作量的同時減少了第一電池的內部損失。
這些方法的態樣可由硬體（例如固定式邏輯電路系統）、韌體、晶片上系統（System-on-Chip；SoC）、軟體、手動處理或以上之結合者來實施。軟體實施例代表在由電腦處理器執行時執行指定工作的程式碼，工作諸如軟體、應用程式、常式、程式、物件、部件、資料結構、處理程序、模組、功能以及類似者。程式碼可被儲存在一或更多個電腦可讀取記憶體裝置中，對電腦處理器為本地的及（或）遠端的。方法亦可被由多個計算裝置實作於分散式計算環境中。
範例裝置
第10圖圖示說明範例裝置1000的各種部件，裝置1000可被實施為如參照先前第1圖至第9圖說明的任何類型的行動裝置、電子裝置及（或）計算裝置，以實施對於多電池裝置的負載分配的技術。在具體實施例中，裝置1000可被實施為有線裝置及（或）無線裝置之一者或結合者、電視用戶端裝置的形式（例如電視機上盒、數位視頻錄影機（digital video recorder；DVR）等等）、消費者裝置、電腦裝置、伺服器裝置、可攜式電腦裝置、使用者裝置、IoT裝置、通訊裝置、視頻處理及（或）成像裝置、應用器具裝置、遊戲裝置、電子裝置、及（或）另一類型的裝置。裝置1000亦可相關聯於操作裝置的使用者（例如人）及（或）實體，使得裝置描述包含使用者、軟體、韌體及（或）裝置結合者的邏輯裝置。
裝置1000包含通訊模組1002，通訊模組1002致能有線及（或）無線通訊裝置資料1004（例如所接收的資料、正被接收的資料、排程以廣播的資料、資料的資料封包等等）。裝置資料1004或其他裝置內容可包含裝置的配置設定、儲存在裝置上的媒體內容，及（或）相關聯於裝置使用者的資訊。儲存在裝置1000上的媒體內容，可包含任何類型的音頻、視頻及（或）影像資料。裝置1000包含一或更多個資料輸入1006，經由資料輸入1006任何類型的資料、媒體內容及（或）輸入可被接收，諸如使用者可選擇式輸入、訊息、音樂、電視媒體內容、錄影內容、以及從任何內容及（或）資料源接收的任何其他類型的音頻、視頻及（或）影像資料。
裝置1000亦包含通訊界面1008，通訊界面1008可被實施為串列及（或）並列、無線介面、任何類型的網路介面、數據機、以及任何其他類型的通訊界面。通訊界面1008提供裝置1000與通訊網路之間的連結及（或）通訊鏈結，其他電子、計算與通訊裝置藉由此通訊網路與裝置1000通訊資料。
裝置1000包含一或更多個處理器1010（例如微處理器、控制器以及類似者之任意者），處理器1010處理各種電腦可執行式指令，以控制裝置1000的作業並致能技術以致能多電池裝置中的負載分配。替代或額外地，可與連同一般地識別於1012的處理與控制電路實施的硬體、韌體或固定式邏輯電路系統之任一者或結合者實施裝置1000。雖然未圖示，但裝置1000可包含耦接裝置內各種部件的系統匯流排或資料傳輸系統。系統匯流排可包含不同匯流排結構之任一者或結合者，諸如記憶體匯流排或記憶體控制器、周邊設備匯流排、通用串列匯流排及（或）處理器或利用各種匯流排結構之任意者的本地匯流排。裝置1000可經配置以由任何適合的電源操作，諸如電池單元122、電力電路系統120、各種外部電源（例如交流（alternating-current；AC）電力供應）以及類似者。
裝置1000亦包含電腦可讀取儲存媒體1014，諸如致能持續性及（或）非暫態性資料存儲器（亦即，相對於僅僅只是訊號傳輸）的一或更多個記憶體裝置，此種裝置的範例包含隨機存取記憶體（random access memory；RAM）；非揮發性記憶體（例如唯讀記憶體（read-only memory；ROM）、快閃記憶體、可抹除可程式化唯讀記憶體（EPROM）、電子可抹除可程式化唯讀記憶體（EEPROM）等等之任一者或更多者）以及磁碟儲存裝置。磁碟儲存裝置可被實施為任何類型的磁性或光學儲存裝置，諸如硬碟機、可記錄式及（或）可覆寫式光碟（compact disc；CD）、任何類型的數位多媒體光碟（digital versatile disc；DVD）、以及類似者。裝置1000亦可包含大量儲存媒體裝置1016。
電腦可讀取儲存媒體1014提供資料儲存機制以儲存裝置資料1004，以及各種裝置應用程式1018以及任何其他類型的資訊及（或）相關於裝置1000作業態樣的資料。例如，作業系統1020可被由電腦可讀取儲存媒體1014維持為電腦應用程式並執行於處理器1010上。裝置應用程式1018可包含裝置管理器，諸如任何類型的控制應用程式、軟體應用程式、訊號處理及控制模組、專屬於特定裝置的碼、對於特定裝置的硬體抽象化層等等。
裝置應用程式1018亦包含實施技術的任何系統部件或模組，諸如負載管理器118、負載分配器210、以及負載管理器118及負載分配器210的部件的任何結合者。
結論
雖然已由特定於特徵及（或）方法的語言說明了對於多電池裝置的負載分配的設備，但應了解到附加申請專利範圍的標的並非必須受限於所說明的特定特徵或方法。相對的，這些特定特徵與方法僅被揭示為在多電池裝置中分配負載的範例實施例。
100‧‧‧操作環境
102‧‧‧計算裝置
104‧‧‧智慧型電話
106‧‧‧平板計算裝置
108‧‧‧膝上型電腦
110‧‧‧處理器
112‧‧‧媒體
114‧‧‧作業系統
116‧‧‧應用程式
118‧‧‧負載管理器
120‧‧‧電力電路系統
122‧‧‧電池單元
124‧‧‧顯示器
126‧‧‧輸入機制
128‧‧‧資料介面
200‧‧‧電池系統
202‧‧‧電池監測器
204‧‧‧電池配置器
206‧‧‧負載監測器
208‧‧‧工作量估計器
210‧‧‧負載分配器
212‧‧‧演算法
214‧‧‧充電電路系統
216‧‧‧感測電路系統
218‧‧‧切換電路系統
220‧‧‧電池單元—1
222‧‧‧電池單元—2
224‧‧‧電池單元—N
300‧‧‧電池配置
302‧‧‧電池—1
304‧‧‧電池—2
306‧‧‧電池—3
308‧‧‧電池—4
310‧‧‧電容
312‧‧‧電容
314‧‧‧電容
316‧‧‧電容
318‧‧‧電流I1
320‧‧‧電流I2
322‧‧‧電流I3
324‧‧‧電流I4
326‧‧‧電池切換電路
328‧‧‧電流I裝置 330‧‧‧電池模型
332‧‧‧開路電壓
334‧‧‧DC內阻
336‧‧‧電池電流
338‧‧‧電池電壓
400‧‧‧方法
402-408‧‧‧作業
500‧‧‧電力圖表
502‧‧‧裝置負載電力
504‧‧‧從鋰聚合物單元汲取的負載電力
506‧‧‧從鋰陶瓷單元汲取的負載電力
600‧‧‧能量量變曲線
602‧‧‧鋰聚合物單元提供的能量
604‧‧‧鋰陶瓷單元提供的能量
700‧‧‧鋰陶瓷單元提供的能量
702-710‧‧‧作業
800‧‧‧電力圖表
802‧‧‧高電力
804‧‧‧低電力
806‧‧‧高電力工作量
808‧‧‧低電力工作量
900‧‧‧方法
902-906‧‧‧作業
1000‧‧‧範例裝置
1002‧‧‧通訊模組
1004‧‧‧裝置資料
1006‧‧‧資料輸入
1008‧‧‧通訊界面
1010‧‧‧處理器
1012‧‧‧處理與控制電路
1014‧‧‧電腦可讀取儲存媒體
1016‧‧‧儲存媒體
1018‧‧‧裝置應用程式
1020‧‧‧作業系統
參考下面的圖式說明致能對於多電池裝置的負載分配的具體實施例。在圖式中使用相同的符號以指代類似的特徵與部件： 第1圖圖示說明範例環境，在此範例環境中可實施對於多電池裝置的負載分配的技術。 第2圖圖示說明範例電池系統，此電池系統能夠實施對於多電池裝置的負載分配。 第3圖圖示說明根據一或更多個具體實施例的範例電池配置。 第4圖圖示說明用於分配負載電力至裝置的多個電池的範例方法。 第5圖圖示說明負載電力對多個電池的範例分配。 第6圖圖示說明多個電池提供的有用能量的範例量變曲線。 第7圖圖示說明隨著時間分配負載電力至多個電池的範例方法。 第8圖圖示說明隨著時間變化的裝置工作量的範例圖表。 第9圖圖示說明對裝置的多個電池充電的範例方法。 第10圖圖示說明範例裝置，在此裝置中可實施對於多電池裝置的負載分配的技術。
國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無
國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
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100‧‧‧操作環境
102‧‧‧計算裝置
104‧‧‧智慧型電話
106‧‧‧平板計算裝置
108‧‧‧膝上型電腦
110‧‧‧處理器
112‧‧‧媒體
114‧‧‧作業系統
116‧‧‧應用程式
118‧‧‧負載管理器
120‧‧‧電力電路系統
122‧‧‧電池單元
124‧‧‧顯示器
126‧‧‧輸入機制
128‧‧‧資料介面

Claims (20)

  1. 一種電腦實施方法，包含以下步驟： 對於具有多個電池的一裝置，判定該裝置操作所正消耗的一負載電力量；對於該多個電池的至少一些電池，判定該電池能夠提供電力的一效率；基於該多個電池的至少一些電池的該等各別效率，判定該負載電力對於該多個電池的一分配，該分配有效地最大化該多個電池對該裝置供電的一效率；以及汲取電力步驟，由該多個電池之每一者且基於所判定的該分配，汲取該負載電力的一各別部分以對該裝置供電。
  2. 如請求項1所述之電腦實施方法，其中該多個電池之至少兩者為具有不同化學類型或不同容量的異質性電池。
  3. 如請求項1所述之電腦實施方法，其中該多個電池之一者的一第一能量密度，不同於該多個電池之另一者的一第二能量密度，而有效地准許該電池與該另一電池以不同速率充電。
  4. 如請求項1所述之電腦實施方法，其中該負載電力的該等各別部分之至少兩者彼此不同。
  5. 如請求項1所述之電腦實施方法，其中該負載電力的該等各別部分被該裝置同時從該多個電池消耗。
  6. 如請求項1所述之電腦實施方法，其中從該多個電池之一者汲取的該負載電力的該等各別部分之一者，為約零瓦負載電力。
  7. 如請求項1所述之電腦實施方法，其中汲取該負載電力的該等各別部分之該汲取電力步驟，包含以下步驟：使切換電路系統在該多個電池之間切換，以將該負載電力的消耗散布至該多個電池之中。
  8. 如請求項1所述之電腦實施方法，其中該電池能夠提供電力的該效率，係基於該電池的電量狀態、內阻、老化程度、循環次數、溫度、化學、電路拓樸、或容量之一或更多者而判定。
  9. 一種電腦實施方法，包含以下步驟： 對於具有多個電池的一裝置，判定該裝置操作正消耗的一當前負載電力量；對於一未來時間點，估計該裝置將消耗以操作的一預期負載電力量；接收對於該多個電池的資訊，該資訊相關於該多個電池能夠提供電力的各別效率；基於該當前負載電力量與該預期負載電力量以及該等各別效率，判定該負載電力對該多個電池的一分配，以最大化直到該未來時間點該多個電池對該裝置供電的一效率；以及從該等電池之每一者且基於所判定的該分配，為了裝置消耗而汲取該當前負載電力量的一各別部分。
  10. 如請求項9所述之電腦實施方法，其中該當前負載電力量的該等各別部分之至少兩者彼此不同。
  11. 如請求項9所述之電腦實施方法，其中該分配係經由一演算法判定，該演算法包含一可變權重式演算法、循序演算法、最小阻值演算法、或臨限演算法之一者。
  12. 如請求項9所述之電腦實施方法，其中關於該多個電池的各別效率的該資訊，對於該多個電池之每一者包含該電池的電量狀態、內阻、老化程度、循環次數、溫度、化學、電路拓樸、或容量之一或更多者。
  13. 如請求項9所述之電腦實施方法，其中該多個電池之至少兩者為具有不同化學類型或不同容量的異質性電池。
  14. 如請求項9所述之電腦實施方法，其中該多個電池之一者的一第一能量密度，不同於該多個電池之另一者的一第二能量密度，以准許該電池與該另一電池由不同速率充電。
  15. 如請求項9所述之電腦實施方法，其中該當前負載電力量的該等各別部分被同時從該多個電池汲取。
  16. 一種系統，包含： 多個電池，該多個電池經配置以提供電力以致能該系統的作業；切換電路系統，該切換電路系統經配置以致能從該多個電池之每一者汲取該電力；感測電路系統，該感測電路系統經配置以測量由該系統消耗以操作的負載電力；以及一負載管理器，該負載管理器經配置以執行作業，該等作業包含：判定該系統正消耗的該負載電力的一量；對該多個電池之每一者判定該多個電池之每一者能夠提供電力的一各別效率；基於該多個電池的該等各別效率，判定該負載電力對該多個電池的一分配，該分配有效地最大化該多個電池對該系統供電的一效率；以及基於所判定的該分配，將該負載電力的各別部分散布至該多個電池之每一者。
  17. 如請求項16所述之系統，其中係基於該負載電力量以及一各別電池的電量狀態、內阻、老化程度、循環次數、溫度、化學、電路拓樸、或容量之一或更多者，來判定該多個電池之每一者的該等各別效率。
  18. 如請求項16所述之系統，其中所散布的該負載電力的該等各別部分之至少兩者彼此不同。
  19. 如請求項16所述之系統，其中所散布的該負載電力的該等各別部分係同時從該多個電池之一子集汲取。
  20. 如請求項16所述之系統，其中該多個電池包含具有不同化學類型或不同容量的至少兩個異質性電池。
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