CN111239613B

CN111239613B - 电池电量估计方法与电子装置

Info

Publication number: CN111239613B
Application number: CN201811441695.1A
Authority: CN
Inventors: 蔡进义
Original assignee: Acer Inc
Current assignee: Acer Inc
Priority date: 2018-11-29
Filing date: 2018-11-29
Publication date: 2022-07-05
Anticipated expiration: 2038-11-29
Also published as: CN111239613A

Abstract

本发明提供一种电池电量估计方法与电子装置。所述方法包括：由电池执行放电操作；在一时间范围内，经由阻抗元件检测所述电池执行所述放电操作产生的多个电流值；获得所述电流值的第一平均电流值；获得所述电流值的数值分布状态；以及根据所述第一平均电流值、所述数值分布状态及所述电池的初始电量估计所述电池的剩余电量。

Description

电池电量估计方法与电子装置

技术领域

本发明涉及一种电源管理技术，尤其涉及一种电池电量估计方法与电子装置。

背景技术

一般来说，用来评估电子装置中电池的剩余电量(也称为State of charge,SOC)的机制包括开路电压(open circuit voltage)法、库伦计量(Coulomb counting)法、卡尔曼滤波(Kalman filter)法及神经网络(Neural network)法。开路电压法与库伦计量法最常被使用因为设计容易。但是，若考虑到电池电压在电池放电状态下与不使用状态下的变化，则开路电压法的估测精确度会大幅下降。库伦计量法容易因电池老化而影响估测精确度。卡尔曼滤波法及神经网络法需要较高的运算能力，故对于硬件芯片的需求也较高，导致实作上较不易实现。此外，温度也会影响电池剩余电量的估测精确度。若电池剩余电量的估测精确度很低，则可能会影响电子装置的操作。例如，若电动车即将没电但是其控制面板却显示还有20％的电池剩余电量，电动车的行车安全可能会受到严重影响。此外，其他类型的电子装置也可以因为电池剩余电量的估测失准而导致突然断电，影响使用者体验。

发明内容

本发明提供一种电池电量估计方法与电子装置，可提高电池电量估计的准确度并避免电子装置突然断电。

本发明实施例提供一种电池电量估计方法，其包括：由电池执行放电操作；在一时间范围内，经由阻抗元件检测所述电池执行所述放电操作产生的多个电流值，其中所述阻抗元件耦接至所述电池的放电路径；获得所述电流值的第一平均电流值；获得所述电流值的数值分布状态；以及根据所述第一平均电流值、所述数值分布状态及所述电池的初始电量估计所述电池的剩余电量。

本发明实施例另提供一种电子装置，其包括电池、阻抗元件及电源管理电路。所述电池用以执行放电操作以提供电源至所述电子装置的至少一电子元件。所述阻抗元件耦接至所述电池的放电路径。所述电源管理电路耦接至所述电池与所述阻抗元件。在一时间范围内，所述电源管理电路经由所述阻抗元件检测所述电池执行所述放电操作产生的多个电流值。所述电源管理电路获得所述电流值的第一平均电流值与所述电流值的数值分布状态，并且所述电源管理电路根据所述第一平均电流值、所述数值分布状态及所述电池的初始电量估计所述电池的剩余电量。

基于上述，在电池执行放电操作后，在一时间范围内，可经由阻抗元件检测所述电池执行所述放电操作产生的多个电流值。接着，可获得所述电流值的第一平均电流值与所述电流值的数值分布状态。根据所述第一平均电流值、所述数值分布状态及所述电池的初始电量，所述电池的剩余电量可被估计。藉此，所估计的电池的剩余电量可反映于电流值的数值分布状态而被修正，从而提高估测准确度。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1是根据本发明的一实施例所示出的电子装置的示意图；

图2是根据本发明的一实施例所示出的电池电量估计方法的流程图；

图3是根据本发明的一实施例所示出的电池电量估计方法的流程图。

附图标记说明

10：电子装置

11：电池

12：阻抗元件

13：电源管理电路

101：电子元件

102：放电路径

S201～S205、S301～S307：步骤

具体实施方式

图1是根据本发明的一实施例所示出的电子装置的示意图。请参照图1，电子装置10可以是智能手机、平板电脑、笔记本电脑、台式电脑、工业电脑、智能手表或电动车等由电池供应电力的电子装置，且电子装置10的类型不限于此。

电子装置10包括电子元件101、电池11、阻抗元件12及电源管理电路13。电子元件101耦接至电池11。电子元件101可以是电子装置10中需要由电池11提供电力以正常运作的各式电子元件。以智能手机作为电子装置10的一个范例，电子元件101可包括处理器、存储装置及各式输入/输出装置(例如面板、网络接口卡、麦克风及扬声器等)。或者，以电动车作为电子装置10的一个范例，电子元件101可包括驱动马达、控制面板、音响设备及灯具等。此外，电子元件101还可以包括可接收电池11提供的电力以运行的其他类型的电子元件，本发明不加以限制。在一实施例中，电子元件101可视为电池11的负载。

电池11用以执行放电操作以提供电力至电子元件101。例如，电池11可包括镍镉(Ni-Cd)电池、镍氢(Ni-MH)电池、锂离子(Li-lon)电池、锂聚合物(Li-polymer)电池及铅酸(Sealed)电池的至少其中之一，且电池11的类型不限于此。此外，电池11的数目可以是一或多个，本发明不加以限制。

阻抗元件12可包括电阻(resistor)或电抗(reactance)等可用以提供阻抗的电子元件。阻抗元件12的数目可以是一或多个。阻抗元件12耦接至电池11的放电路径102。例如，放电路径102可用以连接电池11与电子元件101，而电池11可经由放电路径102提供电力至电子元件101。在一实施例中，阻抗元件12可串接于放电路径102上。然而，在另一实施例中，阻抗元件12也可以并联等方式耦接至放电路径102，本发明不加以限制。

电源管理电路13耦接至电子元件101、电池11及阻抗元件12。电源管理电路13可包括一或多个芯片(或芯片组)。例如，电源管理电路13可包括处理器、或是其他可程序化的一般用途或特殊用途的微处理器、数字信号处理器、可程序化控制器、特殊应用集成电路、可程序化逻辑装置或其他类似装置或这些装置的组合。在一实施例中，电源管理电路13也称为电源管理芯片(或电源芯片)。

在电池11开始执行放电操作后，在一时间范围内，电源管理电路13可经由阻抗元件12检测电池11执行放电操作产生的多个电流值。例如，在所述时间范围内的某一个时间点，电源管理电路13可响应于阻抗元件12所提供的阻抗而检测一个电流值。在所述时间范围内的不同时间点，经由阻抗元件12所检测的任两个电流值可能不同。

电源管理电路13可获得所述多个电流值的一个平均电流值(也称为第一平均电流值)。例如，电源管理电路13可持续记录所测得的N个电流值并将所述N个电流值的总和除以N以获得第一平均电流值。N可以为60或其他正整数。

电源管理电路13可获得所述多个电流值的数值分布状态。此数值分布状态可反映所述多个电流值的数值趋势。例如，此数值分布状态可反映所述多个电流值相对于第一平均电流值的数值分布的状态。

在一实施例中，电源管理电路13可获得所述多个电流值中大于第一平均电流值的电流值(也称为第一电流值)的数目(也称为第一数目)。此外，电源管理电路13可获得所述多个电流值中小于(或不大于)第一平均电流值的电流值(也称为第二电流值)的数目(也称为第二数目)。然后，电源管理电路13可根据第一数目与第二数目获得所述多个电流值的数值分布状态(或数值趋势)。在一实施例中，所述多个电流值的数值分布状态可反映第一数目。在一实施例中，所述多个电流值的数值分布状态可反映第二数目。在一实施例中，所述多个电流值的数值分布状态可反映第一数目与第二数目的比例。此外，在另一实施例中，电源管理电路13可通过其他规则获得所述多个电流值的数值分布状态，本发明不加以限制。

电源管理电路13可根据第一平均电流值、所述数值分布状态及电池11的初始电量来估计电池11的剩余电量。须注意的是，在以下实施例中，电池的电量是以库伦计量作为评估单位。然而，在其他实施例中，电池的电量也可以是以其他数值单位来评估，本发明不加以限制。

在一实施例中，电源管理电路13可通过开路电压法获得电池11的初始电量。例如，在电池11开始执行放电操作之前，电源管理电路13可检测电池11的开路电压值。例如，电源管理电路13可以在电池11没有负载的情况下检测电池11的开路电压值。然后，电源管理电路13可根据此开路电压值获得电池11的初始电量。例如，电源管理电路13可根据此开路电压值查询一管理表格以获得对应于此开路电压值的电量。例如，此管理表格可记载多个开路电压值与对应的多个电量。电源管理电路13可根据此开路电压值从此管理表格记载的多个电量中择一作为电池11的初始电量。或者，在另一实施例中，电源管理电路13可直接从电子装置10的非易失性存储媒体(例如只读存储器或快闪存储器)中读取先前记载的电池11的剩余电量作为电池11的初始电量。

在一实施例中，电源管理电路13可判断电子装置10的非易失性存储媒体是否存储有先前记载的电池11的剩余电量。若电子装置10的非易失性存储媒体未存储先前记载的电池11的剩余电量，则电源管理电路13可通过开路电压法获得电池11的初始电量。或者，若电子装置10的非易失性存储媒体存储有先前记载的电池11的剩余电量，则电源管理电路13可直接从非易失性存储媒体读取先前记载的电池11的剩余电量作为电池11的初始电量，而可不执行开路电压法。

在一实施例中，电源管理电路13可根据所述多个电流值的数值分布状态将第一平均电流值调整为另一平均电流值(也称为第二平均电流值)。第二平均电流值不同于第一平均电流值。例如，此第一平均电流值可根据第一数目与第二数目(例如第一数目与第二数目的比例)而被修正或微调(例如增加或减少)以获得第二平均电流值。

在一实施例中，第二平均电流值可正相关于第一数目。也就是说，若所述多个电流值中大于第一平均电流值的电流值的总数越多(即第一数目越大)，则所决定的第二平均电流值可越大。若所述多个电流值中小于(或不大于)第一平均电流值的电流值的总数越小(即第二数目越大)，则所决定的第二平均电流值可越小。

在一实施例中，电源管理电路13可根据第一数目、第二数目或第一数目与第二数目的比例决定一个权重参数。例如，电源管理电路13可将第一数目除以第二数目以获得权重参数。电源管理电路13可将第一平均电流值乘上此权重参数以获得第二平均电流值。然后，电源管理电路13可根据第二平均电流值及电池11的初始电量来估计电池11的剩余电量。

在一实施例中，电源管理电路13可根据以下方程式(1.1)至(1.3)来估计电池11的剩余电量。

SOC＝SOC₀-CC_a (1.1)

CC＝I_a×T (1.3)

在方程式(1.1)至(1.3)中，参数I_a代表第二平均电流值，参数T代表用于量测所述多个电流值的所述时间范围，参数I_n代表电池11预设的额定电流值，k代表常数(例如1～1.28之间的数值)，参数CC_a代表所估计的在所述时间范围内消耗的电池11的电量，SOC₀代表电池11的初始电量，且SOC代表所估计的电池11的剩余电量。在一实施例中，所估计的电池11的剩余电量考虑到所述时间范围内量测到的多个电流值的数值分布状态，故可更加精确。

在图1的一实施例中，电子装置10还包括温度传感器14。温度传感器14可设置在电池11的表面或电池11附近。电源管理电路13可经由温度传感器14感测电池11的温度。然后，电源管理电路13可进一步根据电池11的温度来估计电池11的剩余电量。

在一实施例中，电源管理电路13可根据方程式(1.1)、(1.3)及以下方程式(2.1)来估计电池11的剩余电量。

在方程式(2.1)中，参数τ代表当前量测到的电池11的温度，参数τ_n代表电池11预设的标准温度，且α为常数(例如0.01)。相对于方程式(1.2)，方程式(2.1)进一步考虑了电池11的温度，从而使得所估计的电池11的剩余电量可更加精确。从另一角度来看，所估计的电池11的剩余电量(例如参数SOC)可负相关于第二平均电流值(例如参数I_a)和/或电池11的温度(例如参数τ)。

在一实施例中，电源管理电路13可判断当前已获得的多个电流值的总数是否大于一预设值(例如60)。若当前已获得的多个电流值的总数大于此预设值(例如60)，电源管理电路13可根据第一平均电流值、所述数值分布状态及电池11的初始电量来估计电池11的剩余电量。例如，电源管理电路13可根据方程式(1.1)、(1.2)及(1.3)或者方程式(1.1)、(2.1)及(1.3)来估计电池11的剩余电量。然而，若当前已获得的多个电流值的总数不大于此预设值，则电源管理电路13可根据第一平均电流值及电池11的初始电量来估计电池11的剩余电量。换言之，若当前已获得的多个电流值的总数不大于此预设值，则在估计电池11的剩余电量的操作中，电源管理电路13可不考虑所述多个电流值的数值分布状态。例如，电源管理电路13可根据以下方程式(3.1)至(3.3)估计电池11的剩余电量。

SOC＝SOC₀-CC_b (3.1)

CC＝I_b×T (3.3)

在方程式(3.1)至(3.3)中，参数I_b代表第一平均电流值，参数CC_b代表所估计的在所述时间范围内消耗的电池11的电量。其余参数相同或相似于上述定义。

在一实施例中，电源管理电路13可持续记录在P个不同时间点获得的P个参数CC_a。每一个参数CC_a代表所估计的在某一时间范围内消耗的电池11的电量。例如，P可为60。电源管理电路13可获得这P个参数CC_a的平均值。然后，电源管理电路13可根据这P个参数CC_a的数值分布状态调整这P个参数CC_a的平均值。例如，电源管理电路13可根据这P个参数CC_a中大于此平均值的参数的数目(也称为第三数目)、这P个参数CC_a中小于(或不大于)此平均值的参数的数目(也称为第四数目)和/或第三数目与第四数目的比例来调整这P个参数CC_a的平均值。调整后的这P个参数CC_a的平均值可正相关于第三数目。也即，若这P个参数CC_a中大于此平均值的参数的数目越多，则电源管理电路13可将这P个参数CC_a的平均值调大。反之，若这P个参数CC_a中大于此平均值的参数的数目越少，则电源管理电路13可将这P个参数CC_a的平均值调小。

在一实施例中，参数CC_a的平均值可用于估计电池11的剩余电量。例如，经调整的参数CC_a的平均值可取代方程式(1.1)中的参数CC_a以获得电池11的剩余电量。藉此，可以较平缓的方式估计电池11的剩余电量，避免所估计的剩余电量在短时间内变化太大。

图2是根据本发明的一实施例所示出的电池电量估计方法的流程图。请参照图2，在步骤S201中，由电池执行放电操作。在步骤S202中，在一时间范围内，经由阻抗元件检测所述电池执行所述放电操作产生的多个电流值，其中所述阻抗元件耦接至所述电池的放电路径。在步骤S203中，获得所述多个电流值的第一平均电流值。在步骤S204中，获得所述电流值的数值分布状态。在步骤S205中，根据所述第一平均电流值、所述数值分布状态及所述电池的初始电量估计所述电池的剩余电量。

图3是根据本发明的一实施例所示出的电池电量估计方法的流程图。请参照图3，在步骤S301中，由电池执行放电操作。在步骤S302中，在一时间范围内，经由阻抗元件检测所述电池执行所述放电操作产生的多个电流值，其中所述阻抗元件耦接至所述电池的放电路径。在步骤S303中，获得所述多个电流值的第一平均电流值。在步骤S304中，判断所述多个电流值的总数是否大于一预设值。若所述多个电流值的总数大于预设值，在步骤S305中，获得所述电流值的数值分布状态。在步骤S306中，根据所述第一平均电流值、所述数值分布状态及所述电池的初始电量估计所述电池的剩余电量。此外，若所述多个电流值的总数不大于预设值，在步骤S307中，根据所述第一平均电流值与所述电池的初始电量估计所述电池的剩余电量。也即，在步骤S307中，可不考虑所述电流值的数值分布状态而估计电池的剩余电量。

然而，图2与图3中各步骤已详细说明如上，在此便不再赘述。值得注意的是，图2与图3中各步骤可以实作为多个程序码或是电路，本发明不加以限制。此外，图2与图3的方法可以搭配以上范例实施例使用，也可以单独使用，本发明不加以限制。

综上所述，在电池执行放电操作后，在一时间范围内，可经由阻抗元件检测所述电池执行所述放电操作产生的多个电流值。接着，可获得所述电流值的第一平均电流值与所述电流值的数值分布状态。根据所述第一平均电流值、所述数值分布状态及所述电池的初始电量，所述电池的剩余电量可被估计。藉此，所估计的电池的剩余电量可反映于电流值的数值分布状态而被修正，从而提高估测准确度并可减少电子装置因电池剩余电量估计错误而无预警断电的机率。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。

Claims

1.一种电池电量估计方法，包括：

检测电池的开路电压值；

根据所述开路电压值获得所述电池的初始电量；

由所述电池执行放电操作；

在时间范围内，经由阻抗元件检测所述电池执行所述放电操作产生的多个电流值，其中所述阻抗元件耦接至所述电池的放电路径；

获得所述多个电流值的第一平均电流值；

获得所述多个电流值中大于所述第一平均电流值的第一电流值的第一数目；

获得所述多个电流值中小于所述第一平均电流值的第二电流值的第二数目；

根据所述第一数目与所述第二数目将所述第一平均电流值调整为第二平均电流值，其中所述第二平均电流值不同于所述第一平均电流值，且所述第二平均电流值正相关于所述第一数目；以及

根据所述第二平均电流值及所述电池的所述初始电量估计所述电池的剩余电量。

2.根据权利要求1所述的电池电量估计方法，还包括：

经由温度传感器感测所述电池的温度；以及

根据所述温度估计所述电池的所述剩余电量。

3.根据权利要求1所述的电池电量估计方法，还包括：

判断所述多个电流值的总数是否大于预设值；以及

若所述多个电流值的所述总数不大于所述预设值，不考虑所述多个电流值的数值分布状态而根据所述第一平均电流值与所述电池的所述初始电量估计所述电池的所述剩余电量。

4.一种电子装置，包括：

电池，用以执行放电操作以提供电源至所述电子装置的至少一电子元件；

阻抗元件，耦接至所述电池的放电路径；以及

电源管理电路，耦接至所述电池与所述阻抗元件，

其中在所述电池执行所述放电操作之前，所述电源管理电路检测所述电池的开路电压值，并根据所述开路电压值获得所述电池的初始电量；

其中在时间范围内，所述电源管理电路经由所述阻抗元件检测所述电池执行所述放电操作产生的多个电流值，

所述电源管理电路获得所述多个电流值的第一平均电流值，

所述电源管理电路获得所述多个电流值中大于所述第一平均电流值的第一电流值的第一数目，

所述电源管理电路获得所述多个电流值中小于所述第一平均电流值的第二电流值的第二数目，

所述电源管理电路根据所述第一数目与所述第二数目将所述第一平均电流值调整为第二平均电流值，其中所述第二平均电流值不同于所述第一平均电流值，且所述第二平均电流值正相关于所述第一数目，并且

所述电源管理电路根据所述第二平均电流值及所述电池的所述初始电量估计所述电池的剩余电量。

5.根据权利要求4所述的电子装置，还包括：

温度传感器，用以感测所述电池的温度，

其中所述电源管理电路根据所述温度估计所述电池的所述剩余电量。

6.根据权利要求4项所述的电子装置，其中所述电源管理电路还判断所述多个电流值的总数是否大于预设值，并且

若所述多个电流值的所述总数不大于所述预设值，所述电源管理电路不考虑所述多个电流值的数值分布状态而根据所述第一平均电流值与所述电池的所述初始电量估计所述电池的所述剩余电量。