專利名稱：電池容量測定方法及其設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電池容量測定方法及其設備。特別涉及在由電池驅(qū)動的小型電子設備中，利用低價的構成，能夠有效測定并修正電池的容量的設備構成及運算方法。
背景技術：
隨著無線通信環(huán)境的迅速發(fā)展，筆記本，PDA，移動電話等便攜式電子設備正在日益廣泛地被大量使用。因此，能夠有效增大移動性的電池管理正在成為急切的焦點問題。一般來說，上述便攜式電子設備在沒有AC適配器等供電裝置的情況下，都由電池來驅(qū)動。大部分的便攜式電子設備都在向輕、薄、短小型方向發(fā)展，而且也正在使用能量密度更高的2次電池?，F(xiàn)在，鋰化合物系列電池更在被廣泛使用。因此，在對鋰化合物系列電池進行開發(fā)和研究的同時，對能夠有效對電池進行測定，以保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行的方法進行了研究。
在電池模塊中，直接使用能夠監(jiān)測并記錄電池電壓和電流的智能電池和專用芯片的諸多測定系統(tǒng)也已經(jīng)被開發(fā)出來。
但是，為了對大部分不正確殘量進行修正，所以必須使用殘量修正平臺，或者在電池模塊從系統(tǒng)中分離出來的情況下，在電池模塊中必須追加安裝一個能夠記憶電池容量的記憶元件，因此，存在增加系統(tǒng)費用等問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的目的是提供具有以下功能的電池測定電路和運算方法在由電池驅(qū)動的小型電子設備中，利用低價的構成，能夠有效測定并修正電池的容量。
同時，本發(fā)明的另一個目的是提供具有如下功能的方法利用電池的放電特性，在不增加附加的記憶元件或者是專用芯片的情況下，能夠提高電池電量的測定精密度。
為了實現(xiàn)上述目的，依據(jù)本發(fā)明的電池容量測定設備由以下各部分所構成負載系統(tǒng)；向上述系統(tǒng)提供電源的電池組電池；位于上述系統(tǒng)和電池組電池之間，由手動元件構成的識別電路裝置；與上述識別電路裝置電子連接，并對上述識別電路裝置流過的電壓和電流進行測定的統(tǒng)計測定電路裝置；通過上述統(tǒng)計測定電路裝置統(tǒng)計測定出的電壓，測定電池的充電量的統(tǒng)計測定控制電路裝置。
在上述構成中，統(tǒng)計測定電路裝置更優(yōu)選地包含以下各部分模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)、放大電路和等級轉(zhuǎn)換器。
為了實現(xiàn)上述目的，依據(jù)本發(fā)明的電池容量測定方法由以下各階段所構成a)如果系統(tǒng)開啟(on)，測定電池電壓Vs的階段；b)判斷上述Vs是否是延續(xù)區(qū)域，如果上述Vs是延續(xù)區(qū)域，便將充電狀態(tài)設定為待機并結束的階段；c)在上述b階段中，如果不是待機區(qū)域的話，求出累計電荷量的階段；d)測定電池電流的階段；e)對電池的充電狀態(tài)進行修正的階段。
在上述方法中，c)階段優(yōu)選由以下各階段構成c1)判斷上述Vs是否超過等級A，如果上述Vs超過等級A，便將累積電荷量設定為標準值A，并進入上述階段d)的階段；c2)在上述c1階段中，如果Vs沒有超過等級A，便判斷Vs是否達到等級B，如果上述Vs沒能達到等級B，便將累積電荷量設定為標準值B，并進入上述階段d)的階段；c3)在上述c2)階段中，如果上述Vs達到了等級B，便計算出電池的累積電荷量的階段。
在上述方法中，e)階段優(yōu)選由以下各階段構成e1)判斷電池是否處于充電狀態(tài)或者是放電狀態(tài)的階段；e2)在上述e1)階段中，如果判斷結果是電池處于放電狀態(tài)，便減少修正累積電荷數(shù)的階段；e3)判斷是否是待機區(qū)域的階段；e4)在上述e3)階段中，如果判斷的結果不是待機區(qū)域，便進入階段d)的階段。
在上述方法中，上述e1)階段更優(yōu)選地包含以下各階段e11)在上述e1)階段中，如果判斷的結果是處于充電狀態(tài)，便增加修正累積電荷數(shù)量的階段；e12)判斷是否處于完全充電狀態(tài)，如果判斷結果是處于完全充電狀態(tài)，便將累積電荷數(shù)量設定為標準數(shù)值A，并進入階段d)的階段；e13)在上述e12)階段中，如果判斷結果是未處于完全充電狀態(tài)，便直接進入階段d)的階段。
在上述方法中，e3)更優(yōu)選地包括以下階段e31)在上述e3)階段中，如果判斷的結果是待機區(qū)域，便將充電狀態(tài)設定為待機，并結束的階段。
優(yōu)選上述電池的累積電荷數(shù)量通過以下方法計算以從電池的放電特性曲線中求出的Vs作為變數(shù)，依靠數(shù)值曲線近似計算函數(shù)來計算。
上述數(shù)值曲線近似計算函數(shù)優(yōu)選為f(Vs)＝a1(Vs)3+a2(Vs)2+a3(Vs)+a4，
且在上述函數(shù)中，未定系數(shù)a1，a2，a3，a4分別從電池的放電特性曲線中獲取。
利用具有上述構成的本發(fā)明，能夠利用簡單的構成，對電池進行有效測定和修正。
同時，本發(fā)明能夠被應用于由電池驅(qū)動的大部分電子設備中。


圖1是電池測定電路的組件圖；圖2是普通鋰化合物電池的放電特性；圖3是圖2的放電特性曲線近似計算；圖4是電池測定流程圖。
<附圖主要部分符號說明>
10電池組電池20統(tǒng)計測定電路裝置30統(tǒng)計測定控制電路裝置 40識別電路裝置50系統(tǒng) 60AC電源具體實施方式
下面，將參照本發(fā)明附圖，對本發(fā)明進行詳細說明。
圖1所顯示的是依據(jù)本發(fā)明的電池測定設備構成組件圖。
根據(jù)電流流動的不同，可以將電流流動分為以下兩種從AC電源60中流出的電流處于向電池組電池10提供電流的充電狀態(tài)；從電池組電池10中流出向系統(tǒng)50提供電流的放電狀態(tài)。
同時，電池組電池10和系統(tǒng)50及AC電源60之間存在有識別電路裝置40，所有電流的流動都必須通過識別電路裝置40進行。一般來說，識別電路裝置40可以分別由電阻和手動元件所構成。統(tǒng)計測定控制電路裝置30從ADC等電路中讀取出識別電路裝置40中流動的電流及由該電流所引起的電壓值。
在上述構成中，優(yōu)選手動元件便是電阻，統(tǒng)計測定電路裝置是模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器。
同時，上述統(tǒng)計測定電路裝置優(yōu)選地還包括以下兩部分能夠?qū)DC以外其它裝置中的信號進行放大的放大電路和等級變換器。
優(yōu)選統(tǒng)計測定控制電路裝置是控制電池的控制器或者是系統(tǒng)主CPU。
上述電壓和電流被傳輸給統(tǒng)計測定控制電路裝置30，并測定出電池的充電量和狀態(tài)。
圖2是更多使用的能量密度高及穩(wěn)定性高的2次電池的鋰化合物電池的放電特性曲線。
當鋰化合物電池接近完全充電狀態(tài)或者完全放電狀態(tài)時，便會引起電池電壓的急劇變化。
因此，在本發(fā)明中并不使用現(xiàn)有方法中使用的修正平臺，而是依據(jù)圖2中的放電特性，考慮到系統(tǒng)的運行特性，對所選擇的區(qū)域進行數(shù)字曲線近似計算(curve fitting)。
一般來說，由電池驅(qū)動的系統(tǒng)電池容量分配由以下兩部分所構成使系統(tǒng)正常驅(qū)動的電池活性區(qū)域；用于維持記憶元件，以使系統(tǒng)中所記憶的數(shù)據(jù)能夠記憶規(guī)定時間以上的待機(suspend)區(qū)域。
在這里，值得關注的是在待機區(qū)域除外的情況下，在部分除去完全充電區(qū)域外的區(qū)間內(nèi)，放電特性處于數(shù)學上非常容易進行曲線近似計算的狀態(tài)，如果利用這種特性，便能夠利用提取特性曲線的方法來代表現(xiàn)有的修正平臺。
在本發(fā)明中，值得關注的是，在如圖2所示的特性曲線中，很容易提取出特性曲線的電池容量計算區(qū)域。
該區(qū)域的放電特性以統(tǒng)計預測電壓Vs為標準進行數(shù)值近似計算，可以通過以下3次數(shù)學公式來進行計算。
f(Vs)＝a1(Vs)3+a2(Vs)2+a3(Vs)+a4如圖3所示，以包含雜音的實測數(shù)據(jù)為基礎，通過最合適的近似計算，來引導未定系數(shù)a1，a2，a3，a4，而進行將數(shù)值近似計算結果與實測數(shù)據(jù)進行比較的較大效果近似計算。
因此，在本發(fā)明中，通過提取出特性曲線函數(shù)f(Vs)后，只通過對ADC電壓的統(tǒng)計測定，便能夠計算出電池的現(xiàn)在充電容量。
當然，除上述數(shù)學式外，也可以進行其它形態(tài)的數(shù)值近似計算。
圖4是按順序顯示出了電池測定運算方法的流程圖。
系統(tǒng)如果被打開的話，在初始部分，通過電壓感測來算出現(xiàn)在的充電量。
此時，在對超過等級A和不足等級B的電壓進行統(tǒng)計計算的情況下，考慮到充電量計算的正確程度，相關區(qū)域如果超過等級A的話，便設定為標準數(shù)值A，如果不足等級B的話，便強制恢復為標準數(shù)值B。在上述過程中，等級A是電池容量計算區(qū)域的最高電壓數(shù)值，等級B是電池容易計算區(qū)域的最低電壓數(shù)值。
標準數(shù)值A可以被規(guī)定為95％，標準數(shù)值B可以被規(guī)定為5％等。
在電池容量(電荷數(shù)量)計算過程以后，通過電流感測，便能夠判斷出電池的充電狀態(tài)和放電狀態(tài)。
接下來，繼續(xù)由電荷量來更新?lián)Q算后的充電量，并維持電池的現(xiàn)在容量信息。
電池變動的電荷數(shù)量ΔQ雖然按照時間t積分的方式進行計算，但如果電流感測運行一定周期T，便能夠通過以下公式來進行顯示。此時，g(t)便是按照時間t流動的電流量。
ΔQ＝∫g(t)dt＝∑g(nT)T電荷量的庫侖計算(Coulomb counting)如果是向上述f(Vs)充電ΔQ的狀態(tài)，便相加，如果是放電狀態(tài)，便相減。
電荷量庫侖計算隨著時間流動，將產(chǎn)生累積誤差，所以如果統(tǒng)計測定電壓達到一定電壓，電流流動接近0，則可以推定電池處于完全充電狀態(tài)，便可以將電荷量強制修正為標準數(shù)值A。并能夠維持正確的電池測定。
通過上述的說明內(nèi)容，相關工作人員完全可以在不偏離本項發(fā)明技術思想的范圍內(nèi)，進行多樣的變更以及修改。因此，本項發(fā)明的技術性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權利范圍來確定其技術性范圍。
權利要求
1.一種電池容量測定設備，其特征在于，包括負載系統(tǒng)；向上述系統(tǒng)提供電源的電池組電池；位于上述系統(tǒng)和電池組電池之間，由手動元件構成的識別電路裝置；與上述識別電路裝置電子連接，并對上述識別電路裝置流過的電壓和電流進行測定的統(tǒng)計測定電路裝置；通過上述統(tǒng)計測定電路裝置統(tǒng)計測定出的電壓，測定電池的充電量的統(tǒng)計測定控制電路裝置。
2.如權利要求1所述的電池容量測定設備，其特征在于，所述的統(tǒng)計測定電路裝置包括模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)、放大電路和等級轉(zhuǎn)換器。
3.一種電池容量測定方法，其特征在于，包括a)系統(tǒng)開啟時，測定電池電壓Vs的階段；b)判斷上述Vs是否是延續(xù)區(qū)域，如果上述Vs是延續(xù)區(qū)域，將充電狀態(tài)設定為待機并結束的階段；c)在上述b階段中，如果不是待機區(qū)域的話，求出累計電荷量的階段；d)測定電池電流的階段；e)對電池的充電狀態(tài)進行修正的階段。
4.如權利要求3所述的電池容量測定方法，其特征在于，上述c)階段包含c1)判斷上述Vs是否超過等級A，如果上述Vs超過等級A，便將累積電荷量設定為標準值A，并進入上述階段d)的階段；c2)在上述c1階段中，如果Vs沒有超過等級A，便判斷Vs是否達到等級B，如果上述Vs沒能達到等級B，便將累積電荷量設定為標準值B，并進入上述階段d)的階段；c3)在上述c2)階段中，如果上述Vs達到了等級B，便計算出電池的累積電荷量的階段。
5.如權利要求3所述的電池容量測定方法，其特征在于，上述e)階段包括e1)判斷電池是否處于充電狀態(tài)或者是放電狀態(tài)的階段；e2)在上述e1)階段中，如果判斷結果是電池處于放電狀態(tài)，便減少修正累積電荷數(shù)的階段；e3)判斷是否是待機區(qū)域的階段；e4)在上述e3)階段中，如果判斷的結果不是待機區(qū)域，便進入階段d)的階段。
6.如權利要求5所述的電池容量測定方法，其特征在于，上述e1)階段包括e11)在上述e1)階段中，如果判斷的結果是處于充電狀態(tài)，便增加修正累積電荷數(shù)量的階段；e12)判斷是否處于完全充電狀態(tài)，如果判斷結果是處于完全充電狀態(tài)，便將累積電荷數(shù)量設定為標準數(shù)值A，并進入階段d)的階段；e13)在上述e12)階段中，如果判斷結果是未處于完全充電狀態(tài)，便直接進入階段d)的階段。
7.如權利要求5所述的電池容量測定方法，其特征在于，上述e3)階段包括e31)在上述e3)階段中，如果判斷的結果是待機區(qū)域，便將充電狀態(tài)設定為待機，并結束的階段。
8.如權利要求4所述的電池容量測定方法，其特征在于，上述電池的累積電荷數(shù)量通過以下方法計算以從電池的放電特性曲線中求出的Vs作為變量，通過數(shù)值曲線近似計算函數(shù)來計算。
9.如權利要求8所述的電池容量測定方法，其特征在于，上述數(shù)值曲線近似計算函數(shù)是f(Vs)＝a1(Vs)3+a2(Vs)2+a3(Vs)+a4，且在上述函數(shù)中，未定系數(shù)a1，a2，a3，a4分別從電池的放電特性曲線中獲取。
全文摘要
本發(fā)明涉及在由電池驅(qū)動的小型電子設備中，利用低價的構成，有效測定并修正電池容量的電池容量測定方法及其設備。本發(fā)明的電池容量測定設備包括負載系統(tǒng)；向上述系統(tǒng)提供電源的電池組電池；位于系統(tǒng)和電池組電池之間，由手動元件構成的識別電路裝置；與識別電路裝置電子連接，并對識別電路裝置流過的電壓和電流進行測定的統(tǒng)計測定電路裝置；通過統(tǒng)計測定電路裝置統(tǒng)計測定出的電壓，測定電池的充電量的統(tǒng)計測定控制電路裝置。本發(fā)明的電池容量測定方法包括如果系統(tǒng)開啟，測定電池電壓的階段；判斷電壓是否是延續(xù)區(qū)域的階段；在上述階段中，如果不是待機區(qū)域，求出累計電荷量的階段；測定電池電流的階段；對電池的充電狀態(tài)進行修正的階段。
文檔編號G01R31/36GK1908691SQ20051004132
公開日2007年2月7日 申請日期2005年8月2日 優(yōu)先權日2005年8月2日
發(fā)明者權在容, 柳周鉉 申請人:樂金電子(昆山)電腦有限公司