TWI388870B - 測量電池之剩餘電荷的方法及單晶片系統 - Google Patents

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Description

測量電池之剩餘電荷的方法及單晶片系統
本發明係有關於便攜式裝置之電池電量測量，特別係關於一種測量電池之剩餘電荷的方法及相關單晶片系統。
隨著市場上便攜式裝置數量的增多以及攜式裝置的多元化地、繁榮地發展，測量電池電量已成為必要的問題。依據一習知的相關方法，簡單地測量一電池之輸出電壓係廣泛應用於各種執行電池電量測量之便攜式裝置。習知的相關方法因為提議簡單地測量電池之輸出電壓而確實節約了成本。但，存在低精確度的問題，對便攜式裝置的使用者帶來了極大的不便。
為了解決以上技術問題，另一習知的相關方法被提出，即使用一具有內置特定電路的高成本電池。另外，由於高成本電池與傳統電池間的巨大差異，便攜式裝置的諸多對應的成本(如：設計，材料及勞動力成本)皆相應增加。因此，由於高成本電池，實施依據此習知的相關方法之便攜式裝置將使使用者遭受高昂的總成本。因此，當包括一高成本電池的便攜式裝置投放市場時，其中高成本電池的價格必然不能得到許多終端使用者的青睞。所以，不論便攜式裝置是何等地有用或強大，由於其高價格並不能吸引多數的使用者，此類便攜式裝置只能提供給較少比率的潛在終端用戶。
進一步提出的又一習知的相關方法係將上述之內置特定電路實作為如第1圖所示之電池量表積體電路(integrated circuit，IC)20。請注意電池量表(battery gauge)積體電路20係透過多個端(如：PACK+端、T端及PACK-端)耦接至一單節鋰電池組10，並更耦接至以至少一積體電路實作之系統30，其中電阻器Rsense 係為高精度電阻器，用於感測單節鋰電池組10之輸出電流。
實施第1圖所示之電路結構，依據此習知方法，通常需要兩個額外的積體電路，因而亦增加了實施包含電池量表積體電路20之便攜式裝置的額外成本。如第1圖所示，通常至少需要4個積體電路，如：電池量表積體電路20、系統30、電池量表積體電路20所使用之電子可抹除可程式化唯讀記憶體(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory，以下簡稱EEPROM)40及系統30所使用之外部記憶體50。對於大多數製造商而言，由於電池量表積體電路20的成本通常很高，則包含電池量表積體電路20的便攜式裝置之價格對於終端使用者來說亦很高。同樣地，不論便攜式裝置是何等地有用或強大，由於其高價格並不能吸引多數的使用者，此類便攜式裝置只能提供較少比率的潛在終端用戶。
依據另一習知的相關方法，此方法提議實施一電池量表積體電路，並將EEPROM內置於其中，以減少積體電路的數量。但是對於大多數製造商而言，依據此相關之習知方法而實施的電池量表積體電路的成本仍然很高。
如上所述，藉由對電池之輸出電壓簡單實施測量而產生的低精準度，及對應電池電量測量的低精準度而給使用者帶來的使用不便的問題仍然存在。另外，無論是費用高昂的電池或是電池量表積體電路20，以及看似已解決上述技術問題的習知的相關方法，皆未能真正解決以上問題。因此有必要提供一種新穎的方法以相關系統來解決上述問題。
因此，為有效解決以上所述之技術問題，本發明提供以下技術方案：本發明揭露一種單晶片系統，包含電量管理單元、儲存單元與控制單元。其中電量管理單元，用於自電池接收多個信號，並輸出對應這些信號之多個參數，其中電池係用於對單晶片系統供電，單晶片系統能夠評估電池之剩餘電荷。儲存單元，耦接至電量管理單元，用於臨時儲存這些參數；控制單元，耦接至儲存單元，用於計算剩餘電荷，其中當單晶片系統自休眠模式而激活時，控制單元依據來自儲存單元之這些參數更新剩餘電荷。
本發明揭露一種測量電池之剩餘電荷的方法，電池用於對單晶片系統供電，該方法包含：自電池接收多個信號，並輸出對應這些信號之多個參數；臨時儲存這些參數；以及計算剩餘電荷，並當單晶片系統自休眠模式而激活時，依據臨時儲存之這些參數更新剩餘電荷。
本發明提供之單晶片系統與測量電池之剩餘電荷的方法能夠提供高精準度的電池電量測量，並將實現之成本維持在可接受的範圍。
在說明書及後續的申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。所屬領域中具有通常知識者應可理解，製造商可能會用不同的名詞來稱呼同樣的元件。本說明書及後續的申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的基準。在通篇說明書及後續的請求項當中所提及的「包含」係為一開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。另外，「耦接」一詞在此係包含任何直接及間接的電氣連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接於一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電氣連接於該第二裝置，或透過其他裝置或連接手段間接地電氣連接至該第二裝置。
請參閱第2圖，第2圖係例示依據本發明一實施例之耦接至電池之單晶片系統(single chip system)100的示意圖，此電池係類似於第1圖所示之單節鋰電池組10。其中單晶片系統100能夠存取如第1圖所示之外部記憶體50。雖然以單節鋰電池組10為例說明，但並非係對本發明的限制。於此實施例之變化例中，電池係可由多節鋰電池組來替換。單晶片系統100包含電量管理單元110、儲存單元120及微控制單元(Micro Control Unit，MCU)130。本實施例之電量管理單元110包含多個類比數位轉換器(Analog-to-Digital Converter，以下簡稱ADC)，例如ADC112V、112T與112C，並更包含耦接至ADC112V、112T及112C中之至少一者的累積電路114(標記為AC)。例如，累積電路114耦接至ADC112C。如第2圖所示，類似電阻器Rsense 的一電阻器係用於感測一電流，如，單節鋰電池組10之輸出電流。
依據本實施例，儲存單元120係內置於單晶片系統100之不中斷(uninterruptible)電力區域100U中。另外，電量管理單元110亦實作於不中斷電力區域100U中。當單晶片系統100處於休眠模式時，電量管理單元110係間歇地運作並能夠對儲存單元120進行存取。於休眠模式期間，微控制單元130與其他設於不中斷電力區域100U以外的電路皆保持不運作(inactive)。
第3圖係例示依據本發明一實施例之測量電池之剩餘電荷的方法910流程圖。此電池係類似於第1圖所示之單節鋰電池組10。其中電池係用於對單晶片系統(如：單晶片系統100)供電，方法910可應用於第2圖所示之單晶片系統100，方法910係可藉由單晶片系統100來實施。因此，現以如下實施例說明方法910。
於步驟912中，電量管理單元110接收來自類似單節鋰電池組10的電池之信號，並對應所接收的信號輸出參數。於本實施例中，電量管理單元110透過ADC 112V、112T及112C分別接收來自單節鋰電池組10之PACK+端、T端及PACK-端的信號12-1、12-2及12-3。另外，ADC112V、112T及112C係用於分別將來自電池的信號12-1、12-2及12-3轉換為多個數位值。
由於本實施例中信號12-1、12-2及12-3係代表單節鋰電池組10之輸出電壓、溫度與輸出電流，自ADC112V、112T及112C輸出之多個數位值分別代表單節鋰電池組10之輸出電壓、溫度與輸出電流。另外，累積電路114設置為關於時間對來自ADC112C的多個數位值進行累積，以得到一對應於輸出電流的電流累積值VCA ，其中電流累積值VCA 係參數之一。因此，電量管理單元110輸出所提及的參數至儲存單元120。例如，本實施例中參數包含：一電壓寄存值(voltage register value)VV 、一溫度寄存值(temperature register value)VT 、一電流寄存值(current register value)VC 及電流累積值VCA 。
於步驟914，儲存單元120臨時儲存電壓寄存值VV 、溫度寄存值、電流寄存值VC 及電流累積值VCA 等參數。依據本實施例，電壓寄存值VV 、溫度寄存值VT 及電流寄存值VC 實質上係分別設定成來自ADC112V、112T及112C之數位值。另外，電流累積值VCA 係設定成來自累積電路114之輸出。因此，儲存單元120可保持所有參數之更新。另外，若有需要，儲存單元120亦可保留這些參數的歷史表單。
如上述，當單晶片系統100處於休眠模式時，電量管理單元110係間歇地運作並能夠對儲存單元120進行存取。因此，不論是否單晶片系統100處於休眠模式，步驟912與914會被執行。因此，當單晶片系統100處於休眠模式，電量管理單元110間歇地接收來自電池(亦即本實施例之單節鋰電池組10)的信號12-1、12-2及12-3並輸出對應所接收信號12-1、12-2及12-3之多個參數。所以儲存單元120臨時儲存上述電壓寄存值VV 、溫度寄存值VT 、電流寄存值VC 及電流累積值VCA 等參數。
於步驟916，控制單元(亦即本實施例之微控制單元130)依據對應電池特性之模式計算剩餘電荷。只要單晶片系統100不處於休眠模式，微控制單元130經常依據來自儲存單元120之參數更新剩餘電荷。尤其係當單晶片系統100結束休眠模式後，微控制單元130會依據來自儲存單元120之參數更新剩餘電荷。
依據本實施例，單晶片系統100能夠準確測量電池之剩餘電荷。因此，本發明之方法及系統確實解決了習知技術存在的技術問題，例如藉由對電池之輸出電壓實施的簡單測量而產生的低精準度，及對應電池電量測量的低精準度而給使用者帶來的使用不便的問題。
相比於習知的相關技術，實施一包含本實施例之單晶片系統100的便攜式裝置的總成本係可接受的。利用本發明之方法與系統，既不需要高成本的電池，亦不需要電池量表積體電路20及類似電路來解決上述相關之問題。因此，包含單晶片系統100的便攜式裝置的價格將較以習知技術實作之系統裝置更具競爭力。因為價格能夠讓終端使用者滿意，依據本發明實施的便攜式裝置可憑借其實用及強大的功能而提供大量的終端使用者。
第4圖係例示依據本發明之實施例實施第3圖所示之方法910之運作流程920的示意圖。
於步驟922，微控制單元130初始化一耗時(elapsed time)計時器並進一步檢測電池之類型，其中通常係以微控制單元130之軟件模組來實施，如：藉由微控制單元130執行的程式碼。由於對電池種類的檢測，可自電池特性資料庫準確選擇電池之特性。例如，此實施例之電池特性資料庫係可預先儲存於外部記憶體50。微控制單元130根據步驟中所指電池之電池電量執行初始化，微控制單元130可為上述模式設置任何需要的資訊。
於步驟924，於電量管理單元110間歇地更新上述參數(如：步驟912與步驟914)時，微控制單元130以週期性執行電池電量測量。例如，電量管理單元110每一秒更新臨時儲存於儲存單元120中的參數，並且微控制單元130依據來自儲存單元120的參數更新剩餘電荷。
於步驟926，微控制單元130檢查是否單晶片系統100應進入休眠模式。當微控制單元130決定單晶片系統100應進入休眠模式，執行步驟928；否則，返回執行步驟924。
於步驟928，電量管理單元110保持不中斷電力區域100U運作(powered)，並間歇地更新上述參數(如：步驟912與步驟914)。例如，電量管理單元110每一秒更新臨時儲存於儲存單元120中的參數。
於步驟930，電量管理單元110檢查是否單晶片系統100應自休眠模式而激活。當電量管理單元110決定單晶片系統100應自休眠模式而激活，則返回執行步驟924；否則，返回執行步驟928。
需要注意的是，當電池損壞或需要充電時，不中斷電力區域100U停止運作。因此，只要不是以一非易失性記憶體來實作儲存單元120，每當電池損壞或需要充電時，將會發生資料缺失。於此情形時，返回執行步驟922以準確更新剩餘之電荷。因此，當檢測到電池損壞或需要充電時，微控制單元130根據電池之電池電量執行初始化。尤其係當檢測到電池損壞或需要充電時，微控制單元130初始化耗時計時器並檢測電池之類型。
依據一實施例變化例，儲存單元120係以一非易失性記憶體來實作，其中無須將此變化例中之非易失性記憶體設置於不中斷電力區域100U中，只要藉由電量管理單元110於休眠模式期間存取之資料不受阻滯。
依據本發明之另一實施例，當單晶片系統100處於休眠模式時，電量管理單元110不運作。依據此變化例，係可無須進行步驟928，或係以一用於等待某一時期等待步驟替換步驟928。因此，當單晶片系統100處於休眠模式時，此變化例之電量管理單元110並不依據所接收的信號12-1、12-2及12-3來輸出參數。
本發明已參照較佳實施例於上說明。然而，熟習此技藝者會了解，本發明之範疇不需限於所揭露較佳實施例。相反地，其欲涵蓋後附申請專利範圍定義之範疇內的不同修改與均等例。申請專利範圍之範疇應給予最寬廣之闡釋，以包含所有這樣的修改與均等的安排。
10．．．單節鋰電池組
20．．．電池量表積體電路
30．．．系統
40．．．電子可抹除可程式化唯讀記憶體
50．．．外部記憶體
100．．．單晶片系統
110．．．電量管理單元
120．．．儲存單元
130．．．微控制單元
100U．．．不中斷電力區域
112V、112T、112C．．．類比數位轉換器
12-1、12-2、12-3．．．信號
114．．．累積電路
912、914、916、922、924、926、928、930．．．步驟
第1圖係例示依據習知技術之耦接於單節鋰電池組與一系統之間的電池量表積體電路示意圖。
第2圖係例示依據本發明一實施例之耦接至電池之單晶片系統的示意圖。
第3圖係例示依據本發明一實施例之測量電池之剩餘電荷的方法流程圖。
第4圖係例示依據本發明之實施例實施第3圖所示之方法之運作流程的示意圖。
922、924、926、928、930．．．步驟

Claims (22)

  1. 一種單晶片系統，包含：一電量管理單元，用於自一電池接收多個信號，並輸出對應該等信號之多個參數，其中該電池係用於對該單晶片系統供電，該單晶片系統能夠評估該電池之一剩餘電荷；一儲存單元，耦接至該電量管理單元，用於臨時儲存該等參數，其中當該單晶片處於休眠模式時，儲存於該儲存單元中的該等參數保持更新；以及一控制單元，耦接至該儲存單元，用於計算該剩餘電荷，其中當該單晶片系統自休眠模式而激活時，該控制單元依據來自該儲存單元之該等參數更新該剩餘電荷。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之單晶片系統，其中該電量管理單元包含：多個類比數位轉換器，用於將來自該電池的該等信號轉換為多個數位值；以及一累積電路，耦接至該等類比數位轉換器中之至少一者，用於累積來自該等類比數位轉換器中之至少一者的多個數位值。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之單晶片系統，其中來自該等類比數位轉換器中之至少一者的該等數位值代表該電池之一電流；以及該累積電路累積來自該等類比數位轉換器中之至少一者的該等數位值， 以得到對應於該電流之一電流累積值，其中該電流累積值係該等參數中之一者。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之單晶片系統，其中該儲存單元係為一非易失性記憶體。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之單晶片系統，其中該儲存單元係內置於該單晶片系統之一不中斷電力區域中。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之單晶片系統，其中藉由該電量管理單元接收之該等信號係分別代表該電池之一輸出電壓、一溫度及一輸出電流。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之單晶片系統，其中該控制單元依據一模式計算該剩餘電荷。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之單晶片系統，其中該模式對應該電池之特性。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之單晶片系統，其中當該單晶片系統處於休眠模式時，該電量管理單元係間歇地運作。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之單晶片系統，其中當該單晶片系統處於休眠模式時，該電量管理單元停止運作。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之單晶片系統，其中當檢測到該電池損壞或需要充電時，該控制單元根據該電池之電池電量執行初始化。
  12. 一種測量電池之剩餘電荷的方法，一電池用於對一單晶片系統供電，該方法包含：自該電池接收多個信號，並輸出對應該等信號之多個參數；臨時儲存該等參數，其中當該單晶片處於休眠模式時，該等參數保持更新；以及計算一剩餘電荷，並當該單晶片系統自休眠模式而激活時，依據臨時儲存之該等參數更新該剩餘電荷。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之測量電池之剩餘電荷的方法，其中所述自該電池接收多個信號，並輸出對應該等信號之多個參數的步驟更包含：將該等信號中之一者轉換為多個數位值；以及累積該等數位值。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之測量電池之剩餘電荷的方法，其中所述累積該等數位值的步驟更包含：累積該等數位值，以得到對應於該電池之一電流的一電流累積值，其中該電流累積值係該等參數中之一者。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之測量電池之剩餘電荷的方法，其中所述臨時儲存該等參數的步驟更包含：將該等參數臨時儲存至一非易失性記憶體。
  16. 如申請專利範圍第12項所述之測量電池之剩餘電荷的方法，其中所述臨時儲存該等參數的步驟更包含：將該等參數臨時儲存至一記憶體中，該記憶體係內置於該單晶片系統之一不中斷電力區域。
  17. 如申請專利範圍第12項所述之測量電池之剩餘電荷的方法，其中接收之該等信號分別代表該電池之一輸出電壓、一溫度及一輸出電流。
  18. 如申請專利範圍第12項所述之測量電池之剩餘電荷的方法，其中該計算一剩餘電荷的步驟包含：依據一模式計算該剩餘電荷。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之測量電池之剩餘電荷的方法，其中該模式對應該電池之特性。
  20. 如申請專利範圍第12項所述之測量電池之剩餘電荷的方法，其中所述自該電池接收多個信號，並輸出對應該等信號之多個參數的步驟更包含：當該單晶片系統處於休眠模式時，間歇地自該電池接收該等信號，並輸出對應該等信號之該等參數。
  21. 如申請專利範圍第12項所述之測量電池之剩餘電荷的方法，其中所述自該電池接收多個信號，並輸出對應該等信號之多個參數的步驟更包含：當該單晶片系統處於休眠模式時，停止輸出對應該等信號之該等參數。
  22. 如申請專利範圍第12項所述之測量電池之剩餘電荷的方法，更包含：當檢測到電池損壞或需要充電時，根據該電池之電池電量執行初始化。
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