背景技術(shù)：

本背景技術(shù)出于總體呈現(xiàn)本公開的上下文的目的而被提供。除非本文中另行指示，在背景技術(shù)中描述的材料既不明確地也不隱含地被承認(rèn)為是本公開或以下權(quán)利要求的現(xiàn)有技術(shù)。

電池通常用作移動(dòng)計(jì)算和電子設(shè)備的功率源。通常，移動(dòng)設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間由設(shè)備的電池的容量確定，功率從該電池被抽取直到電池不能夠支持移動(dòng)設(shè)備的操作。在大多數(shù)情況下，運(yùn)行時(shí)間或剩余電池容量的估計(jì)被顯示給設(shè)備的用戶，以向用戶通知設(shè)備可用性的期望或需要為設(shè)備再充電。

然而，運(yùn)行時(shí)間、有效電池容量或其他電池相關(guān)特性的這些估計(jì)通常不準(zhǔn)確，這是由于不僅電池的屬性而且移動(dòng)設(shè)備抽取功率的方式的動(dòng)態(tài)變化性。此外，一旦制造成移動(dòng)設(shè)備，獲取關(guān)于電池的特性的實(shí)時(shí)信息常常由于傳統(tǒng)電池接口電路的簡單性而被排除。因此，當(dāng)移動(dòng)設(shè)備由于電池不能為設(shè)備的操作提供足夠的功率而意外地復(fù)位或關(guān)閉時(shí)，運(yùn)行時(shí)間或有效電池容量的不準(zhǔn)確估計(jì)可能不利地影響用戶體驗(yàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本文檔描述了用于估計(jì)電池單元參數(shù)的技術(shù)和裝置。所估計(jì)的電池參數(shù)可以用于構(gòu)建或更新電池單元的模型，其可以用于優(yōu)化來自電池單元的能量提取。通過這樣做，可以更有效地使用存儲(chǔ)在電池單元中的能量來延長從電池單元抽取功率的設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間。在一些實(shí)施例中，當(dāng)兩種不同電流量從電池單元被抽取時(shí)，電池單元的電壓被測量。然后，基于所抽取的電流量和所測量的電池單元的電壓來估計(jì)電池單元的內(nèi)部電阻。在其他實(shí)施例中，當(dāng)?shù)诫姵貑卧氖┘迂?fù)載電流被中斷時(shí)并且在中斷之后電壓松弛的稍后時(shí)間點(diǎn)，電池單元的電壓被測量。然后基于負(fù)載電流和所測量的電池單元的電壓來估計(jì)電池單元的電容或濃度電阻(concentrationresistance)。在這些或其他實(shí)施例中，針對(duì)其估計(jì)參數(shù)的電池單元可以與設(shè)備的其他電池單元隔離，或者是設(shè)備的唯一電池單元。

提供本發(fā)明內(nèi)容以介紹下面在具體實(shí)施方式中進(jìn)一步描述的簡化概念。本發(fā)明內(nèi)容不旨在標(biāo)識(shí)所要求保護(hù)的主題的必要特征，也不旨在用于確定所要求保護(hù)的主題的范圍。用于估計(jì)電池參數(shù)的技術(shù)和/或裝置在本文中也被單獨(dú)地或結(jié)合地稱為上下文所允許的“技術(shù)”，盡管技術(shù)可以包括或替代地表示本文描述的其它方面。

附圖說明

參考以下附圖描述能夠估計(jì)電池參數(shù)的實(shí)施例。貫穿附圖使用相同的數(shù)字來引用類似的特征和組件：

圖1示出了其中能夠?qū)崿F(xiàn)用于估計(jì)電池參數(shù)的技術(shù)的示例環(huán)境。

圖2示出了能夠?qū)崿F(xiàn)電池參數(shù)的估計(jì)的示例電池系統(tǒng)。

圖3示出了根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的示例電池單元配置。

圖4示出了用于估計(jì)電池單元的內(nèi)部電阻的示例方法。

圖5示出了示例放電電流分布和相關(guān)聯(lián)的電壓測量。

圖6示出了示例充電電流分布和相關(guān)聯(lián)的電壓測量。

圖7示出了用于估計(jì)電池單元的電容或濃度電阻的示例方法。

圖8示出了用于各種放電電流量的示例松弛電壓分布。

圖9示出了各種量的充電電流的示例性松弛電壓分布。

圖10示出了用于基于放電數(shù)據(jù)來估計(jì)電池單元的開路電位的示例模型。

圖11示出了用于估計(jì)電池放電后的開路電位的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和模型數(shù)據(jù)的比較。

圖12示出了基于充電數(shù)據(jù)來估計(jì)電池單元的開路電位的示例模型。

圖13示出了用于估計(jì)電池充電后的開路電位的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和模型數(shù)據(jù)的比較。

圖14示出了用于計(jì)算多個(gè)電池的參數(shù)的示例方法。

圖15示出了其中能夠?qū)崿F(xiàn)估計(jì)電池參數(shù)的技術(shù)的示例設(shè)備。

具體實(shí)施方式

本文檔描述了用于估計(jì)電池單元參數(shù)的技術(shù)和裝置。這些裝置和技術(shù)可以使能電池參數(shù)的估計(jì)，電池參數(shù)諸如內(nèi)部電阻、電容、或濃度電阻，其影響電池單元提供功率的能力。然后，所估計(jì)的電池參數(shù)可以用于構(gòu)建或更新在各種條件下更準(zhǔn)確地反映或預(yù)測電池單元的未來性能的電池單元的模型。在一些實(shí)施例中，這些技術(shù)和裝置使能基于從電池單元抽取或向其施加的電流量以及由此產(chǎn)生的相應(yīng)的電壓測量對(duì)電池單元的內(nèi)部電阻的估計(jì)。這些技術(shù)和裝置還可以使能基于從電池單元抽取或向其施加的電流量、以及在電流的施加被中斷之后進(jìn)行的電壓測量而對(duì)電池單元的電容或濃度電阻的估計(jì)。此外，該技術(shù)和裝置也可以將電池單元與其它電池單元隔離，以便使能對(duì)電池參數(shù)的估計(jì)。這些僅是該技術(shù)估計(jì)電池參數(shù)的許多方式的幾個(gè)示例，許多方式中的其他方式在下面被描述。

示例操作環(huán)境

圖1示出了其中能夠體現(xiàn)用于估計(jì)電池參數(shù)的技術(shù)的示例操作環(huán)境100。操作環(huán)境100包括計(jì)算設(shè)備102，其以三個(gè)示例被示出：智能電話計(jì)算機(jī)104、平板計(jì)算設(shè)備106和膝上型計(jì)算機(jī)108，盡管諸如上網(wǎng)本、智能手表、健身配件、電動(dòng)車輛、物聯(lián)網(wǎng)(iot)設(shè)備、可穿戴計(jì)算設(shè)備、媒體播放器和個(gè)人導(dǎo)航設(shè)備的其它計(jì)算設(shè)備和系統(tǒng)也可以被使用。

計(jì)算設(shè)備102包括計(jì)算機(jī)處理器110和計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)112(介質(zhì)112)。介質(zhì)112包括操作系統(tǒng)114和應(yīng)用116，其使能計(jì)算設(shè)備102的各種操作。操作系統(tǒng)114管理計(jì)算設(shè)備102的資源，諸如處理器110、介質(zhì)112等(例如，硬件子系統(tǒng))。應(yīng)用116包括訪問由操作系統(tǒng)114管理的資源以實(shí)現(xiàn)計(jì)算設(shè)備102的各種操作的任務(wù)或線程。介質(zhì)112還包括電池管理器132，其實(shí)現(xiàn)和使用多樣且在下面更詳細(xì)地被描述。

計(jì)算設(shè)備102還包括功率電路120和電池單元122，計(jì)算設(shè)備102可從該電池電路120和電池單元122抽取用以操作的功率。通常，功率電路120可以包括被配置為使得計(jì)算設(shè)備102能夠從電池單元122抽取操作功率或者向電池單元122施加充電功率的固件或硬件。電池單元122可以包括任何合適數(shù)量或類型的可再充電電池單元，諸如鋰離子(lion)、鋰聚合物(li-poly)、鋰陶瓷(li-c)等。功率電路120和電池單元122的實(shí)現(xiàn)和使用多樣并在下面更詳細(xì)地被描述。

計(jì)算設(shè)備102還可以包括顯示器124、輸入機(jī)構(gòu)126和數(shù)據(jù)接口128。盡管被示出與圖1的示例設(shè)備集成在一起，但是顯示器124可以經(jīng)由有線或無線顯示接口與計(jì)算設(shè)備102分離實(shí)現(xiàn)。輸入機(jī)構(gòu)126可以包括姿勢敏感的傳感器和設(shè)備，諸如基于觸摸的傳感器和運(yùn)動(dòng)跟蹤傳感器(例如，基于相機(jī)的)、按鈕、觸摸板、加速度計(jì)和具有伴隨的語音識(shí)別軟件的麥克風(fēng)等。在一些情況下，輸入機(jī)構(gòu)126與顯示器124集成，諸如在具有集成的觸敏傳感器或運(yùn)動(dòng)敏感傳感器的觸敏顯示器。

數(shù)據(jù)接口128包括使得計(jì)算設(shè)備102能夠與其他設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)的任何合適的有線或無線數(shù)據(jù)接口。有線數(shù)據(jù)接口可以包括串行或并行通信接口，諸如通用串行總線(usb)和局域網(wǎng)(lan)。無線數(shù)據(jù)接口可以包括被配置以經(jīng)由基礎(chǔ)設(shè)施或?qū)Φ染W(wǎng)絡(luò)來通信的收發(fā)器或模塊。這些無線數(shù)據(jù)接口中的一個(gè)或多個(gè)可以被配置為經(jīng)由近場通信(nfc)、個(gè)人區(qū)域網(wǎng)(pan)、無線局域網(wǎng)(wlan)或無線廣域網(wǎng)(wwan)。在一些情況下，計(jì)算設(shè)備102的操作系統(tǒng)114或通信管理器(未示出)基于計(jì)算設(shè)備102在其中操作的環(huán)境的特性來選擇用于通信的數(shù)據(jù)接口。

圖2示出了能夠?qū)崿F(xiàn)本文描述的技術(shù)的方面的示例電池系統(tǒng)200。在該特定示例中，電池系統(tǒng)200包括電池管理器118、功率電路120和電池單元122。在一些實(shí)施例中，電池管理器通過處理器執(zhí)行處理器可執(zhí)行的指令而被實(shí)現(xiàn)在軟件(例如，應(yīng)用編程接口)或計(jì)算設(shè)備的固件中。備選地或者附加地，電池管理器118的組件可以與電池系統(tǒng)200的其他部件整體地被實(shí)現(xiàn)，其他部件諸如功率電路120和電池單元122(單獨(dú)的或封裝的)。

電池管理器118可以包括圖2所示的實(shí)體中的任何或所有實(shí)體，其包括電池監(jiān)測器202、參數(shù)估計(jì)器204、電流負(fù)載監(jiān)測器206、工作負(fù)載估計(jì)器208以及負(fù)載分配器210。電池監(jiān)測器202被配置為監(jiān)測電池單元122的特性，諸如電壓、電流流動(dòng)、剩余容量(例如，荷電狀態(tài))、滿充容量(其隨著循環(huán)計(jì)數(shù)增加而減少)、溫度、年齡(例如，時(shí)間或充電循環(huán))等。電池監(jiān)測器202還可以確定或訪問電池單元122的相應(yīng)配置信息，諸如單元制造商、化學(xué)類型、額定容量、電壓和電流限制(例如，截止值)等。電池監(jiān)測器202可以存儲(chǔ)和使電池管理器118的其他實(shí)體能夠訪問該電池單元配置信息。

參數(shù)估計(jì)器204被配置為估計(jì)電池單元122的參數(shù)，諸如內(nèi)部電阻、電容或濃度電阻。在一些情況下，參數(shù)估計(jì)器基于由電池監(jiān)測器202監(jiān)測的電池單元的特性(諸如電流和電壓)來估計(jì)這些參數(shù)。電池監(jiān)測器202的實(shí)現(xiàn)和使用多樣并在下面更詳細(xì)地被描述。

電流負(fù)載監(jiān)測器206監(jiān)測由計(jì)算設(shè)備102從電池單元122中的一個(gè)或多個(gè)電池單元抽取的電流量。在一些情況下，電流負(fù)載監(jiān)測器206監(jiān)測從電池單元122的每個(gè)相應(yīng)電池單元抽取的各個(gè)電流量。電流負(fù)載監(jiān)測器206還可以監(jiān)測在充電期間由計(jì)算設(shè)備102施加到一個(gè)或多個(gè)電池單元122的電流量。在至少一些實(shí)施例中，電流負(fù)載監(jiān)測器206提供指示從電池單元抽取的電流量的實(shí)時(shí)信息，諸如以毫秒或秒的量級(jí)的速率。

工作負(fù)載估計(jì)器208估計(jì)當(dāng)計(jì)算設(shè)備102執(zhí)行各種任務(wù)或操作時(shí)可能消耗的電流量。所估計(jì)的電流量可以基于計(jì)算設(shè)備102正在執(zhí)行、被調(diào)度以執(zhí)行、可能執(zhí)行的任務(wù)等。例如，工作負(fù)載估計(jì)器可以從操作系統(tǒng)114接收指示一組任務(wù)被調(diào)度以用于由計(jì)算設(shè)備102的資源執(zhí)行的信息。工作負(fù)載估計(jì)器208還可以包括或訪問描述硬件組件的功率消耗和它們的相應(yīng)工作負(fù)載之間的關(guān)系的信息?；谠摻M任務(wù)，工作負(fù)載估計(jì)器208估計(jì)或預(yù)測計(jì)算設(shè)備102將消耗以執(zhí)行任務(wù)的電流量。在一些情況下，工作負(fù)載估計(jì)器208基于任務(wù)的調(diào)度或預(yù)測的執(zhí)行順序來隨時(shí)間提供電流消耗預(yù)測。

負(fù)載分配器210被配置為確定從每個(gè)電池單元122抽取的電流量。在一些情況下，負(fù)載分配器210基于從電池管理器118的其他實(shí)體接收的信息來確定負(fù)載分配方案，諸如計(jì)算設(shè)備102的當(dāng)前和預(yù)測功率需求以及電池單元122的相應(yīng)特性特征、荷電狀態(tài)、內(nèi)部電阻。負(fù)載分配可以被配置為基于上述信息從電池單元122的全部或子集抽取功率，以最大化從多個(gè)電池單元抽取功率的效率。

盡管示出為分離的實(shí)體，但是電池監(jiān)測器202、參數(shù)估計(jì)器204、電流負(fù)載監(jiān)測器206、工作負(fù)載估計(jì)器208和負(fù)載分配器210中的任一項(xiàng)或全部可以彼此分離或以任何合適的形式組合或集成來被實(shí)現(xiàn)。例如，這些實(shí)體中的任何實(shí)體或其功能可以通常被組合為電池管理器118，其可以被實(shí)現(xiàn)為操作系統(tǒng)114的程序應(yīng)用接口(api)或系統(tǒng)組件。

電池系統(tǒng)200還包括功率電路120，其提供電池管理器118和電池單元122之間的接口。通常，功率電路120可以包括硬件和固件，其使得計(jì)算設(shè)備102能夠從電池單元122抽取功率(例如，放電)、向電池單元122施加功率(例如，充電)、以及實(shí)現(xiàn)其各種實(shí)施例。在該特定示例中，功率電路120包括充電電路212、感測電路214和隔離電路216。

充電電路120被配置為提供電池單元122被其充電的電流。充電電路可以實(shí)現(xiàn)任何合適的充電分布，諸如恒定電流、恒定電壓、由電池管理器118提供的定制分布等。在至少一些實(shí)施例中，充電電路212能夠向被同時(shí)充電的不同的相應(yīng)電池單元提供不同的電流量。

感測電路214被配置為感測或監(jiān)測電池單元122的操作特性。這些操作特性可以包括電壓電平、施加的電流量或從電池單元122中的相應(yīng)電池單元抽取的電流量。在一些情況下，感測電路214可以與充電電路120整體地被實(shí)現(xiàn)，諸如包括感測元件(例如，模數(shù)轉(zhuǎn)換器(adc)、放大器和感測電阻)的充電控制器或電路的一部分。

功率電路120還包括隔離電路216，其使得電池管理器118能夠隔離電池單元122中的單個(gè)電池單元或子集。盡管被隔離，但是電池單元中的單個(gè)電池單元或子集可以被同時(shí)充電或放電。例如，充電電流可以被施加到由隔離電路216隔離的電池單元，而計(jì)算設(shè)備102從剩余電池單元中的全部或子集抽取操作功率。在一些情況下，隔離電路被實(shí)現(xiàn)為在電池單元122之間切換的多路復(fù)用電路，以便于與用于電池單元感測、電流消耗或電流施加的適當(dāng)?shù)囊唤M功率電路連接。

電池單元122可以包括任何合適數(shù)量或類型的電池單元。在該特定示例中，電池單元122包括電池單元1218、電池單元2220、電池單元n222和電池單元n224，其中n可以是任何合適的整數(shù)。在一些情況下，計(jì)算設(shè)備可以包括單個(gè)電池單元122，在不脫離本公開的精神的情況下本文所描述的技術(shù)能夠被應(yīng)用于該單個(gè)電池單元122。在其他情況下，電池單元122可以包括單元形狀、容量或化學(xué)類型的各種同質(zhì)或異質(zhì)組合。

電池化學(xué)性質(zhì)的示例可以包括鋰離子、鋰聚合物、鋰陶瓷、柔性印刷電路li-c(fpc-lic)等。電池單元122中的每一個(gè)可以具有特定或不同的單元配置，諸如化學(xué)類型、形狀、容量、封裝、電極尺寸或形狀、串聯(lián)或并聯(lián)電池布置等。因此，電池單元122中的每一個(gè)也可以具有不同的參數(shù)，諸如內(nèi)部電阻、電容或濃度電阻。

圖3示出了根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的示例電池單元配置300。電池單元配置300包括電池單元-1302、電池單元-2304、電池單元-3306和電池單元-4308，其中的每一個(gè)可以配置為任何合適類型的電池。另外，電池單元302至308中的每一個(gè)被配置有相應(yīng)的并聯(lián)大容量電容310至316(例如，超級(jí)電容器)，其可以有效地減輕給定電池上的相應(yīng)電流負(fù)載尖峰。

電池單元302至308中的每一個(gè)可以提供(或接收)來自計(jì)算設(shè)備102的相應(yīng)量的電流，其被顯示為電流i1318，電流i2320，電流i3322和電流i4324。這些單獨(dú)的電流通過電路切換電路326(開關(guān)電路326)進(jìn)行多路復(fù)用，其總和是電流idevice328。這里注意，切換電路326僅是如關(guān)于圖1所述的隔離電路216的一個(gè)示例實(shí)現(xiàn)。在一些情況下，例如正常的設(shè)備操作，電池切換電路326在電池單元302至308之間快速切換，有效地從它們中的每一個(gè)中抽取電流或功率。在其他情況下，電池切換電路236可以隔離電池302至306中的一個(gè)，并且在剩余電池的子集之間切換以繼續(xù)為計(jì)算設(shè)備102供電。

圖3還示出了可用于對(duì)本文所描述的任何電池單元或電池進(jìn)行建模的示例電池模型330。通常，電池模型330可以用于估計(jì)或預(yù)測影響電池為計(jì)算設(shè)備102提供功率的能力的電池的參數(shù)。在一些情況下，這些電池參數(shù)是動(dòng)態(tài)的，并且可能通過傳統(tǒng)感測技術(shù)不是直接可觀察或可測量的。電池模型330包括提供功率并具有開路電壓332(vo332)的理想電壓源。當(dāng)電池沒有正在提供電流時(shí)，電池的開路電位可能接近開路電壓332。

電池模型330還包括直流(dc)內(nèi)部電阻334(rdcir334)、電容336(c336)和濃度電阻338(rconc.338)。電池電流340(i340)由電容電流(ic342)和濃度電阻電流338(ir344)形成，它們分別受電容336和濃度電阻338影響。電池電壓346(v346)表示電池模型330的端電壓，并且可以受與其它參數(shù)相關(guān)聯(lián)的損耗影響，諸如當(dāng)電流通過濃度電阻338和內(nèi)部電阻334時(shí)。

示例方法

本文所描述的方法可以單獨(dú)地或彼此組合地、整體地或部分地被使用。這些方法被示出為執(zhí)行的操作(或動(dòng)作)的集合，諸如通過一個(gè)或多個(gè)實(shí)體或模塊，并且不一定限于用于執(zhí)行操作的所示出的順序。例如，這些技術(shù)可以基于從電池單元抽取或向其施加的電流量和電池單元的電壓的經(jīng)測量的實(shí)例來估計(jì)內(nèi)部電阻。這些技術(shù)還可以基于從電池單元抽取或向其施加的電流量和在施加電流之后的特定時(shí)間測量的電池單元的電壓的實(shí)例來估計(jì)濃度電阻或電容。這些僅是可以使用本文所描述的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的幾個(gè)示例。在以下討論的部分中，可以參考圖1的操作環(huán)境100、圖2的電池系統(tǒng)200、圖3的電池單元配置300以及在本文中別處描述的其他方法和示例實(shí)施例，僅作為示例對(duì)其進(jìn)行參考。

圖4描繪了用于估計(jì)電池單元的內(nèi)部電阻的方法400，包括由電池管理器118或參數(shù)估計(jì)器204執(zhí)行的操作。

在402，電池單元與計(jì)算設(shè)備的另一電池單元隔離。電池單元可以利用任何合適的開關(guān)電路或隔離電路與其他電池單元隔離。應(yīng)當(dāng)注意，電池單元的隔離是可選的，并且可以使用一個(gè)或多個(gè)非隔離電池單元來執(zhí)行本文所描述的其它操作。在一些情況下，電池單元與被布置在并聯(lián)或串聯(lián)配置中的多個(gè)其他電池單元隔離(例如，兩串聯(lián)四并聯(lián)或2s4p)。當(dāng)電池單元被隔離時(shí)，計(jì)算設(shè)備可以繼續(xù)從其他電池抽取操作電流或者向其他電池施加充電電流。

作為示例，考慮電池單元配置300。這里，假設(shè)電池單元配置300被實(shí)現(xiàn)在從電池功率操作的膝上型計(jì)算機(jī)108中。當(dāng)使電池放電時(shí)，開關(guān)電路326在電池單元302至308之間切換以從電池單元中的每一個(gè)抽取電流。這里，參數(shù)估計(jì)器204經(jīng)由開關(guān)電路326將電池單元-1302與電池單元304至308隔離，其可以繼續(xù)向膝上型計(jì)算機(jī)108提供操作電流。

在404，從被隔離的電池單元抽取第一電流量。第一電流量可以是任何合適的電流量，諸如范圍從c安培到c/20安培的放電電流，其中c是以安培小時(shí)為單位的電池單元的容量。在一些情況下，第一電流量基于處于特定活動(dòng)級(jí)別的設(shè)備的組件所消耗的已知電流量。例如，電流量可以是當(dāng)設(shè)備的cpu處于最高功率狀態(tài)并且設(shè)備的顯示器處于完全亮度時(shí)所消耗的電流。備選地，可以將第一電流量施加到被隔離的電池單元。在一些情況下，電流量根據(jù)恒定電流充電分布來被施加。在這種情況下，第一電流量的施加可以是基本上穩(wěn)定的和恒定的。

在本示例的上下文中并且如圖5的電流圖500所示，參數(shù)估計(jì)器204經(jīng)由隔離電路216從電池單元-1302抽取電流i1502(例如，操作電流)。盡管與電池單元304至308隔離，但是開關(guān)電路326在電壓調(diào)整電路(未示出)和電池單元-1302之間切換以使得電流i1502能夠從電池單元-1302被抽取。備選地，對(duì)于電流被施加到電池單元的情況，考慮圖6的電流圖600。這里，參數(shù)估計(jì)器204將經(jīng)由充電電路212將電流i1602(由負(fù)值表示的充電電流)施加到電池單元。

在406，當(dāng)?shù)谝浑娏髁勘怀槿r(shí)，測量被隔離的電池單元的電壓的第一實(shí)例?？梢栽诔槿〉谝浑娏髁繒r(shí)的任何時(shí)間點(diǎn)測量被隔離的電池單元的電壓。繼續(xù)正在進(jìn)行的示例并且如電壓圖504所示，當(dāng)電流i1502被抽取時(shí)，參數(shù)估計(jì)器204經(jīng)由感測電路214測量電池單元-1302的電壓v1506。備選地，當(dāng)?shù)谝浑娏髁勘皇┘拥奖桓綦x的電池時(shí)，可以測量被隔離的電池單元的電壓的第一實(shí)例。其示例由電壓圖604示出，其中當(dāng)電流i1602被施加時(shí)電池單元的電壓v1606被測量。

在408，從被隔離的電池單元抽取第二電流量。第二電流量可以是與第一電流量不同的任何合適的量，諸如由設(shè)備的部件所消耗的不同的放電電流量。備選地，可以中斷第一電流量的抽取，有效地停止從電池單元對(duì)任何電流進(jìn)行放電。第二電流量被抽取了至少特定時(shí)間量，諸如從大約一秒到大約十秒。在本示例的上下文中，參數(shù)估計(jì)器204中斷從時(shí)間t1到時(shí)間t2從電池單元-1302對(duì)電流i1502的放電，在此期間從電池單元-1302抽取的電流i2508大約為零安培。

備選地，第二電流量可以被施加到被隔離的電池單元。第二電流量可以是與第一電流量不同的任何合適的量，諸如不同的充電電流量。備選地，第一電流量的施加可以被中斷，有效地停止向電池單元施加任何充電電流。第二電流量被施加了至少特定時(shí)間量，例如從大約一秒到大約十秒。返回到電流圖600，施加電流i1602從時(shí)間t1到時(shí)間t2被中斷，在此期間施加到電池單元的電流i2608大約為零安培。

在410，當(dāng)?shù)诙娏髁勘怀槿r(shí)，測量被隔離的電池單元電壓的第二實(shí)例。備選地，當(dāng)沒有電流被抽取時(shí)，諸如當(dāng)放電被中斷時(shí)，電壓的第二實(shí)例可以被測量?？梢栽诘诙娏髁勘怀槿r(shí)、或者在放電中斷的情況下第二電流量未被抽取時(shí)的任何時(shí)間點(diǎn)測量被隔離的電池單元的電壓。在本示例的上下文中，當(dāng)電流i2508被抽取時(shí)，參數(shù)估計(jì)器204經(jīng)由感測電路214測量電池單元-1302的電壓v2510。

在當(dāng)前應(yīng)用的備選情況下，在第二電流量被施加時(shí)，被隔離的電池單元的電壓的第二實(shí)例被測量。在一些情況下，當(dāng)沒有電流被施加時(shí)，諸如當(dāng)充電被中斷時(shí)，電壓的第二實(shí)例被測量?？梢栽诘诙娏髁勘皇┘?、或者在充電中斷的情況下第二電流量不被施加時(shí)的任何時(shí)間點(diǎn)測量被隔離的電池單元的電壓。返回到電壓圖604，當(dāng)電流i2508被施加時(shí)電池單元的電壓v2610被測量。

在412，基于所抽取的電流量和所測量的電壓的實(shí)例來估計(jì)被隔離的電池單元的內(nèi)部電阻。由于隔離電路或開關(guān)電路允許電池單元的隔離，所以當(dāng)該操作和其它前述操作被執(zhí)行時(shí)，計(jì)算設(shè)備的其他電池單元可以繼續(xù)充電或提供操作功率。擴(kuò)展歐姆定律以基于圖5的值來估計(jì)被隔離的電池的內(nèi)部電阻(ir)得到等式1。

繼續(xù)正在進(jìn)行的示例，參數(shù)估計(jì)器204將v1506、v2510、i1502和i2508應(yīng)用于等式1以估計(jì)電池單元-1302的ir。然后，參數(shù)估計(jì)器204可以利用所估計(jì)的內(nèi)部電阻來更新電池單元-1302的電池模型。通過這樣做，電池管理器118可以預(yù)測電池單元-1302在各種條件下提供電流的能力。

備選地，可以基于所施加的電流量和所測量的電壓的實(shí)例來估計(jì)被隔離的電池單元的內(nèi)部電阻。擴(kuò)展歐姆定律以基于圖6的值來估計(jì)被隔離的電池單元的ir得到等式2。

可選地，在414，被隔離的電池單元被切換回與計(jì)算設(shè)備的其他電池單元一起操作。在一些情況下，這可以包括將被隔離的電池單元切換回到具有可能正在充電的計(jì)算設(shè)備的另一電池單元的電路中。備選地，被隔離的電池單元可以被切換回與另一電池單元一起為計(jì)算設(shè)備提供操作電流。結(jié)束本示例，參數(shù)估計(jì)器經(jīng)由開關(guān)電路326將電池單元-1302與電池單元304至308組合，其可以繼續(xù)向膝上型計(jì)算機(jī)108充電或提供操作電流。

圖7描繪了用于估計(jì)電池單元的電容或濃度電阻的方法700，包括由電池管理器118或參數(shù)估計(jì)器204執(zhí)行的操作。

在702，電池單元與計(jì)算設(shè)備的另一電池單元隔離。電池單元可以利用任何合適的開關(guān)電路或隔離電路與其他電池單元隔離。在一些情況下，電池單元與被布置在并聯(lián)或串聯(lián)配置中的多個(gè)其他電池單元隔離。當(dāng)電池單元被隔離時(shí)，計(jì)算設(shè)備可以繼續(xù)從其他電池抽取操作電流或向其他電池施加充電電流。

在704，從被隔離的電池單元中抽出已知電流量，以有效地對(duì)被隔離的電池單元進(jìn)行放電。已知電流量可以是任何合適的電流量，諸如由計(jì)算設(shè)備的組件所消耗的電流。作為示例，考慮圖8的電流圖800，其中電流702從被隔離的電池單元被抽取。這里，假設(shè)電流802包括通過將器件的組件設(shè)置為已知狀態(tài)(例如，顯示為全亮度)而從隔離電池單元抽取的大約375ma的電流。備選地，已知電流量可以被施加到被隔離的電池單元，諸如充電電流。在一些情況下，已知電流量基于電池單元的恒定電流充電分布。該備選情況的示例由圖9的電流圖900示出，其中電流902被施加到電池單元(由負(fù)電流值表示充電)。

在706，已知電流量的抽取被停止以有效地中斷被隔離的電池單元的放電。在一些情況下，通過將被隔離的電池單元切換出放電電路中來停止電流的抽取。這可以有效地允許隔離的電池單元的電壓穩(wěn)定或放松。在從電池單元放電電流的情況下，在當(dāng)前圖形800的時(shí)間軸上位于零秒的時(shí)間804處停止電流802的放電。在施加電流的替代情況下，施加電流可以中止對(duì)隔離電池的充電中斷。返回到當(dāng)前曲線圖900，在當(dāng)前圖形900的時(shí)間軸上位于零時(shí)刻的時(shí)間904停止當(dāng)前902的應(yīng)用。

在708，在停止抽取電流之后測量隔離電池單體電壓的第一實(shí)例?？梢栽谕Ｖ箯母綦x的電池單元抽出電流之后立即測量該電壓的第一實(shí)例。如電壓分布圖806所示，在電流802的放電被中斷之后的零時(shí)刻，在電池單元的端子處測量電壓808。備選地，可以在停止施加已知量的電流之后測量隔離的電池單元的電壓的第一實(shí)例。電壓分布圖906示出了其一示例，其中在中斷施加電流902之后，在零時(shí)刻測量電壓908(例如，端電壓)。

在710，等待持續(xù)時(shí)間以有效地允許被隔離的電池單元的電壓穩(wěn)定。等待更長的持續(xù)時(shí)間可以允許對(duì)被隔離的電池的電壓變化的更準(zhǔn)確的測量。在一些情況下，等待的持續(xù)時(shí)間的范圍從充電被中斷后的120秒到一小時(shí)。在其他情況下，持續(xù)時(shí)間要短得多，諸如大約60秒到120秒。在本示例的上下文中，假設(shè)等待的時(shí)間量為3500秒或大約58分鐘，如電壓圖806或906所示。

在712，在等待持續(xù)時(shí)間之后測量被隔離的電池單元的電壓的第二實(shí)例。如操作710所述，持續(xù)時(shí)間的范圍從60秒到120秒，或者高達(dá)一小時(shí)或以上。繼續(xù)正在進(jìn)行的示例，在從停止放電電流802起等待3500秒后測量電壓810。作為附加的示例，電壓分布812和電壓分布814分別示出了與0.2c和0.7c的放電速率相關(guān)的電壓松弛。

在將電流施加到電池單元的備選情況下，也可以在等待如關(guān)于操作712所描述的持續(xù)時(shí)間之后測量電壓的第二實(shí)例。這里，在從停止充電電流902的施加起等待3500秒之后測量電壓910。作為附加的示例，電壓分布912和電壓分布914分別示出與0.2c和0.7c的充電速率相關(guān)的電壓松弛

在714，基于已知電流量和所測量的電壓的實(shí)例來估計(jì)被隔離的電池的電容或濃度電阻。在被隔離的電池單元的電壓提供足夠的時(shí)間以松弛(例如，～1小時(shí))的情況下，可以使用等式3來計(jì)算濃度電阻。

在放電電流的上下文中，可以根據(jù)電流802、電壓808和電壓810來確定被隔離的電池單元的濃度電阻。這里，用于等式3的這些值在圖8中被示出為δi816和δv818。在充電電流的情況下，可以使用圖9的類似值(其被示為δi916和δv918)來計(jì)算濃度電阻。

在一些實(shí)施例中，可以從較短持續(xù)時(shí)間上收集的數(shù)據(jù)預(yù)測被隔離的電池單元的松弛電壓或穩(wěn)態(tài)電位。在一些情況下，這對(duì)于準(zhǔn)確地估計(jì)濃度電阻或電容是有效的，而不必等待電池單元的電壓完全松弛或穩(wěn)定。在這種情況下，可以基于在少至60秒、120秒或600秒上收集的數(shù)據(jù)來估計(jì)濃度電阻或電容。

如等式4所示，可以通過線性化電壓(開路電位(ocp))松弛曲線和擬合(a值和b值)線性化來估計(jì)電池單元的穩(wěn)態(tài)電位，等式4可以被應(yīng)用于與對(duì)電池單元進(jìn)行放電相關(guān)聯(lián)的值。圖10中在1000處示出了等式4的圖形表示，其示出電位的對(duì)數(shù)與時(shí)間的平方根。

因?yàn)閛cp不是精確知道的，所以針對(duì)ocp的估計(jì)可以通過改變ocp以最大化r²來進(jìn)行，如1002處所示，其包括與實(shí)驗(yàn)結(jié)果1004的擬合。此外，根據(jù)該擬合模型并且如圖11所示，可以在如電壓圖1100所示的擬合模型和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的結(jié)果之間進(jìn)行比較。這里，注意在120秒內(nèi)，該模型與實(shí)驗(yàn)結(jié)果擬合良好。然而，將比較外推至一小時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致誤差略微增加，如電壓圖1102所示。

利用能夠估計(jì)ocp的模型，還可以使用等式5來找到濃度電阻。

電池單元的電容也可以通過找到用于等式4的時(shí)間常數(shù)來被確定，其能夠被求解并且被寫為如下面所示的等式6。

att＝0，v＝v0

att＝t1＝τ，v＝v1

τ＝c*ir

在將電流施加到電池單元的備選情況下，可以通過執(zhí)行類似的線性化來估計(jì)電池單元的穩(wěn)態(tài)電位，其在等式7中示出。在圖12中在1200處示出等式7的圖形表示，其示出電位的對(duì)數(shù)與時(shí)間的平方根。

針對(duì)ocp的估計(jì)可以通過改變ocp以最大化r²來進(jìn)行，如1202所示，其包括與實(shí)驗(yàn)結(jié)果1204的擬合。此外，根據(jù)該擬合模型并且如圖13所示，可以在如電壓圖1300所示的擬合模型和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的結(jié)果之間進(jìn)行比較。這里，注意在120秒內(nèi)，該模型與實(shí)驗(yàn)結(jié)果擬合良好。然而，將比較外推至一小時(shí)可能導(dǎo)致誤差略微增加，如電壓圖1302所示。

利用能夠估計(jì)ocp的模型，還可以使用等式8來找到濃度電阻。

電池單元的電容也可以通過找到用于等式7的時(shí)間常數(shù)來被確定，其能夠被求解并且被寫為如下面所示的等式9。

att＝0，v＝v0

att＝t1＝τ，v＝v1

τ＝c*ir

因此，可以利用本文所描述的模型來估計(jì)被隔離的電池單元的電容或濃度電阻。通過這樣做，放電或充電被中斷的持續(xù)時(shí)間能夠被最小化。一旦估計(jì)了電容或濃度電阻，方法700可以可選地將被隔離的電池單元切換回到具有計(jì)算設(shè)備的其它電池單元的電路。

一旦針對(duì)電池單元估計(jì)了內(nèi)部電阻、電容或濃度電阻，則可以利用所估計(jì)的值來構(gòu)建或更新電池單元的模型。通過這樣做，能夠更精確地預(yù)測電池單元的性能(現(xiàn)在或?qū)?。在一些情況下，可以利用電池單元的模型來使能電池單元的更高效的使用。

例如，電池管理器118可以基于電池單元的模型和充電狀態(tài)來估計(jì)未來的電池性能。使用由電流負(fù)載監(jiān)測器206和工作負(fù)載估計(jì)器208提供的信息，電池管理器118能夠預(yù)測電池單元在不同負(fù)載下將如何執(zhí)行(例如，提供電流的能力)。基于電池單元的所預(yù)測的性能，負(fù)載分配器210然后可以最佳地跨一個(gè)或多個(gè)電池單元來分配系統(tǒng)電流抽取，以最大化電池效率或最小化與本文所描述的參數(shù)相關(guān)聯(lián)的內(nèi)部電池?fù)p耗。

圖14描繪了用于計(jì)算多個(gè)電池的電池參數(shù)的方法1400，包括由電池管理器118或電池監(jiān)測器202執(zhí)行的操作。

在1402，從計(jì)算設(shè)備的多個(gè)電池抽取計(jì)算設(shè)備的系統(tǒng)電流。多個(gè)電池可以被配置為電池的同質(zhì)組合或具有不同化學(xué)類型或不同容量的電池的異質(zhì)組合。備選地，充電電流可以被施加到計(jì)算設(shè)備的多個(gè)電池。

在1404，多個(gè)電池之一與多個(gè)電池隔離以用于參數(shù)表征。電池可以通過任何合適的開關(guān)或隔離電路來被隔離。在一些情況下，電池與串聯(lián)的其他電池和并聯(lián)的其他電池隔離。備選地或附加地，電池可以與與電池并聯(lián)連接的大容量電容隔離。

可選地，在1406處并且當(dāng)電池被隔離時(shí)，繼續(xù)從計(jì)算設(shè)備通過其操作的其他多個(gè)電池抽取系統(tǒng)電流。備選地，當(dāng)電池被隔離時(shí)，充電電流可以被施加到其他多個(gè)電池。

在1408，允許電池休息預(yù)定的時(shí)間量。這可以有效地允許電池的屬性(諸如溫度、電壓等)穩(wěn)定。

在1410處，在放電或施加預(yù)定義電流分布下輪詢電池的電壓。預(yù)定義電流分布可以包括變化的電流量或者電流的放電或施加中的中斷，諸如本文所描述的那些。在一些情況下，預(yù)定義電流分布可以被配置為使得能夠計(jì)算特定電池參數(shù)，諸如內(nèi)部電阻、電容或濃度電阻。

在1412，基于輪詢的結(jié)果來計(jì)算電池的參數(shù)。輪詢的結(jié)果可以包括在施加預(yù)定義電流分布期間在特定點(diǎn)進(jìn)行的多個(gè)電壓測量。從操作1412，方法1400可以返回到操作1402，以便計(jì)算計(jì)算設(shè)備的多個(gè)電池中的另一電池的參數(shù)。

這些方法的方面可以被實(shí)現(xiàn)在硬件(例如，固定邏輯電路)、固件、片上系統(tǒng)(soc)、軟件、手動(dòng)處理或其任何組合中。軟件實(shí)現(xiàn)表示當(dāng)由計(jì)算機(jī)處理器執(zhí)行時(shí)執(zhí)行指定任務(wù)的程序代碼，諸如軟件、應(yīng)用、例程、程序、對(duì)象、組件、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、程序、模塊、功能等。程序代碼可以被存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)處理器本地和/或遠(yuǎn)程的一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器設(shè)備中。這些方法還可以由多個(gè)計(jì)算設(shè)備在分布式計(jì)算環(huán)境中實(shí)踐。

示例設(shè)備

圖15示出了示例設(shè)備1500的各種組件，其可以被實(shí)現(xiàn)為參考前面的圖1至圖10所描述的任何類型的移動(dòng)、電子和/或計(jì)算設(shè)備來實(shí)現(xiàn)估計(jì)電池參數(shù)的技術(shù)。在實(shí)施例中，設(shè)備1500可以被實(shí)現(xiàn)為有線和/或無線設(shè)備之一或組合，作為電視客戶端設(shè)備(例如，電視機(jī)頂盒、數(shù)字錄像機(jī)(dvr)等)、消費(fèi)者設(shè)備、計(jì)算機(jī)設(shè)備、服務(wù)器設(shè)備、便攜式計(jì)算機(jī)設(shè)備、用戶設(shè)備、通信設(shè)備、視頻處理和/或渲染設(shè)備、器械設(shè)備、游戲設(shè)備、電子設(shè)備和/或另一類型的設(shè)備的形式。設(shè)備1500還可以與操作設(shè)備的用戶(例如，人)和/或?qū)嶓w相關(guān)聯(lián)，使得設(shè)備描述包括用戶、軟件、固件和/或設(shè)備的組合的邏輯設(shè)備。

設(shè)備1500包括通信模塊1502，其使能設(shè)備數(shù)據(jù)1504的有線和/或無線通信(例如，接收到的數(shù)據(jù)、正在接收的數(shù)據(jù)、調(diào)度用于廣播的數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)分組等)。設(shè)備數(shù)據(jù)1504或其他設(shè)備內(nèi)容可以包括設(shè)備的配置設(shè)置、存儲(chǔ)在設(shè)備上的媒體內(nèi)容和/或與設(shè)備的用戶相關(guān)聯(lián)的信息。存儲(chǔ)在設(shè)備1500上的媒體內(nèi)容可以包括任何類型的音頻、視頻和/或圖像數(shù)據(jù)。設(shè)備1500包括一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)輸入1506，經(jīng)由該一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)輸入1506能夠接收任何類型的數(shù)據(jù)、媒體內(nèi)容和/或輸入，諸如用戶可選擇的輸入、消息、音樂、電視媒體內(nèi)容、記錄的視頻內(nèi)容和從任何內(nèi)容和/或數(shù)據(jù)源接收到的任何其他類型的音頻、視頻和/或圖像數(shù)據(jù)。

設(shè)備1500還包括通信接口1508，其可以被實(shí)現(xiàn)為串行和/或并行接口、無線接口、任何類型的網(wǎng)絡(luò)接口、調(diào)制解調(diào)器以及任何其他類型的通信接口中的任何一個(gè)或多個(gè)。通信接口1508在設(shè)備1500和通信網(wǎng)絡(luò)之間提供連接和/或通信鏈路，其他電子、計(jì)算和通信設(shè)備通過該通信接口1508與設(shè)備1500通信數(shù)據(jù)。

設(shè)備1500包括一個(gè)或多個(gè)處理器1510(例如，微處理器、控制器等中的任一項(xiàng))，一個(gè)或多個(gè)處理器1510處理各種計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令以控制設(shè)備1500的操作并且使能用于估計(jì)電池單元參數(shù)的技術(shù)。備選地或附加地，設(shè)備1500可以利用硬件、固件或固定邏輯電路中的任一項(xiàng)或組合來被實(shí)現(xiàn)，其結(jié)合通常在1512處標(biāo)識(shí)的處理和控制電路來被實(shí)現(xiàn)。盡管未示出，但是設(shè)備1500可以包括系統(tǒng)總線或數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其耦合設(shè)備內(nèi)的各組件。系統(tǒng)總線可以包括不同總線結(jié)構(gòu)中的任一項(xiàng)或組合，諸如存儲(chǔ)器總線或存儲(chǔ)器控制器、外圍總線、通用串行總線和/或利用各種總線架構(gòu)中的任一種的處理器或局部總線。設(shè)備1500可以被配置為從任何合適的功率源(諸如電池單元122、功率電路120、各種外部功率源等)進(jìn)行操作。

設(shè)備1500還包括計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)1514，諸如使能持久和/或非瞬態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)(即與純信號(hào)傳輸相反)的一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)器設(shè)備，其示例包括隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(ram)、非易失性存儲(chǔ)器(例如，只讀存儲(chǔ)器(rom)、閃速存儲(chǔ)器、eprom、eeprom等中的任一個(gè)或多個(gè))和盤存儲(chǔ)設(shè)備。盤存儲(chǔ)設(shè)備可以被實(shí)現(xiàn)為任何類型的磁性或光學(xué)存儲(chǔ)設(shè)備，諸如硬盤驅(qū)動(dòng)器、可記錄和/或可重寫的緊湊盤(cd)、任何類型的數(shù)字通用盤(dvd)等。設(shè)備1500還可以包括大容量存儲(chǔ)介質(zhì)設(shè)備1516。

計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)1514提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)機(jī)制以存儲(chǔ)設(shè)備數(shù)據(jù)1504以及各種設(shè)備應(yīng)用1518和與設(shè)備1500的操作方面相關(guān)的任何其它類型的信息和/或數(shù)據(jù)。例如，操作系統(tǒng)1520可以利用計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)1514作為計(jì)算機(jī)應(yīng)用來被維護(hù)并且在處理器1510上被執(zhí)行。設(shè)備應(yīng)用1518可以包括設(shè)備管理器，諸如任何形式的控制應(yīng)用、軟件應(yīng)用、信號(hào)處理和控制模塊、原生于特定設(shè)備的代碼、特定設(shè)備的硬件抽象層等。

設(shè)備應(yīng)用1518還包括用于實(shí)現(xiàn)技術(shù)的任何系統(tǒng)組件或模塊，諸如電池管理器118及其組件的任何組合。

結(jié)論

盡管已經(jīng)以特定于特征和/或方法的語言描述了估計(jì)電池單元參數(shù)的技術(shù)和裝置的實(shí)施例，但是應(yīng)當(dāng)理解，所附權(quán)利要求的主題不一定限于所描述的具體特征或方法。相反，具體特征和方法被公開作為估計(jì)電池單元參數(shù)的示例實(shí)現(xiàn)。