專利名稱：移動終端及電池剩余電量測量方法
技術領域：
本發明涉及電量測量技術，尤其涉及一種移動終端及電池剩余電量測量方法。
技術背景
電池電量檢測技術在筆記本電腦中已經屢見不鮮，多數筆記本電腦都有電源管理功能，提供不同的電源工作模式以及電池報警功能。但是在更加小型化的移動終端產品中， 這一技術卻還不多見。
目前，較為常見的測量電池剩余電量的方法主要有兩種，分別是基于電壓的電池電量預測和基于庫侖計的電池電量預測?；陔妷旱碾姵仉娏款A測，通過檢測電池電壓來預測電池的剩余電量。對于手持設備常用的鋰電池，由于電池電壓與剩余電量之間的關系與電池的工作溫度和放電速率密切相關，因此該方法只能實現粗略預測。基于庫侖計的電池電量預測，通過統計流入、流出電池的電荷，以庫侖計的形式計算電池電量。多數庫侖計電路都使用一個阻值非常低的串聯電阻作為檢流電阻，通過檢測檢流電阻上的壓降來反推電流，再通過電流對時間的積分來計算電量變化。雖然基于庫侖計的電池電量預測與基于電壓的電池電量預測相比精度已有很大提高，但在更高精度的應用中，還需要結合當前電池的工作溫度、放電速率、老化等因素對電量進行修正。發明內容
本發明提供一種移動終端及電池剩余電量測量方法，以簡化剩余電量測量并提高測量精度。
本發明的一個方面是提供一種移動終端，包括電池和用于實時監測所述電池剩余電量的監測裝置；其中，所述監測裝置包括
存儲單元，用于存儲電池內阻及剩余電量對應關系列表；
電流取樣電路，串聯在所述電池的供電電路中，用于實時取樣所述電池的模擬電流值；
電壓取樣電路，并聯在所述電池的兩端，用于實時取樣所述電池兩端的模擬電壓值；
模擬量多路轉換開關，用于依據設定頻率輪次切換所述電流取樣電路和所述電壓取樣電路分別與模數轉換器的數據通信；
所述模數轉換器，用于將接收的模擬電流值或模擬電壓值轉換為數字電流值或數字電壓值輸出；
處理單元，包括計算模塊和查詢模塊，所述計算模塊用于依據所述數字電流值和所述數字電壓值計算所述電池的內阻，以及依據所述查詢模塊查詢獲取的剩余電量計算剩余電量可持續工作時間；所述查詢模塊用于查詢存儲單元中已存儲的電池內阻及剩余電量對應關系列表，獲得對應于計算得出的所述內阻的剩余電量；以及，
顯示單元，用于顯示所述剩余電量及剩余電量持續工作時間。
本發明的另一個方面是提供一種電池剩余電量測量方法，包括
獲取電池的模擬電流值和模擬電壓值；
將所述模以電流值和模擬電壓值轉換為數字電流值和數字電壓值；
依據所述數字電流值和所述數字電壓值計算所述電池的內阻；
查詢存儲單元中已存儲的電池內阻及剩余電量對應關系列表，獲得對應于計算得出的所述內阻的剩余電量；
依據查詢獲取的剩余電量計算剩余電量可持續工作時間；以及，
顯示所述剩余電量及剩余電量持續工作時間。
本發明一個方面的技術效果是本發明通過在所述移動終端中設置用于檢測電池剩余電量的監測裝置，可實時的在所述移動終端中顯示電池的剩余電量及可持續工作時間。同時，本發明通過電流取樣電路和電壓取樣電路計算電池的內阻，并基于內阻和剩余電量的關系得出電池的剩余電量，較基于電壓的電池電量測量和基于庫侖計的電池電量測量，本發明不僅提高了測量精度，還簡化了測量裝置。
本發明另一個方面的技術效果是本發明通過實時測量電池內阻，基于內阻與剩余電量的對應關系得出電池的剩余電量，并計算出剩余電量可持續工作時間，該方法電量測量精度高，且測量過程簡單。另外，本發明所述方法適用于多種電池的剩余電量測量，例如鋰電池、鎳氫電池(Ni-Mh)和鎳鎘電池(Ni-Cd)，本發明具有良好的通用性和實用性。


圖1為本發明移動終端實施例一的結構示意圖2為本發明移動終端實施例二的結構示意圖3為本發明實施例采用的內阻四線法測量原理圖4為本發明計算電池內阻的原理圖5為本發明移動終端實施例三的結構示意圖6為本發明移動終端實施例四的結構示意圖7為本發明提供的電池剩余電量測量方法實施例一的流程示意圖。
圖8為本發明電池內阻和剩余電量對應關系曲線的一具體實施例的示圖。
具體實施方式
如圖1所示，本發明移動終端實施例一的結構示意圖，本實施例移動終端包括電池(圖中未示出)和用于實時監測所述電池剩余電量的監測裝置；其中，所述監測裝置包括存儲單元6、電流取樣電路1、電壓取樣電路2、模擬量多路轉換開關3、模數轉換器4、處理單元5和顯示單元7。所述存儲單元6用于存儲電池內阻及剩余電量對應關系列表。所述電流取樣電路1串聯在所述電池的供電電路中，用于實時取樣所述電池的模擬電流值。所述電壓取樣電路2并聯在所述電池的兩端，用于實時取樣所述電池兩端的模擬電壓值。所述模擬量多路轉換開關3用于依據設定頻率輪次切換所述電流取樣電路1和所述電壓取樣電路2分別與模數轉換器4的數據通信。所述模數轉換器4用于將接收的模擬電流值或模擬電壓值轉換為數字電流值或數字電壓值輸出。所述處理單元5包括計算模塊501和查詢模塊502 ；所述計算模塊501用于依據所述數字電流值和所述數字電壓值計算所述電池的內阻，以及依據所述查詢模塊502查詢獲取的剩余電量計算剩余電量可持續工作時間；所述查詢模塊502用于查詢存儲單元6中已存儲的電池內阻及剩余電量對應關系列表，獲得對應于計算得出的所述內阻的剩余電量。所述顯示單元7，用于顯示所述剩余電量及剩余電量持續工作時間。
在實際應用中，為獲得較高的剩余電量測量精度，被測內阻必須有足夠有效位數， 為此至少應取4位有效數字，這樣就要求本實施例中所述的模數轉換器4 (簡稱A/D轉換器)必須在14位以上。除此之外，由于電池內阻、電壓均為變化緩慢的低時變信號，還需選低速串行A/D轉換器，優選型號為AD7715的A/D轉換器。AD7715為16位A/D轉換器，具有自校零、自校量程功能，具有很高的測量精度。另外該型A/D轉換器還有SPI接口，便于與單片機高速通信。
本實施例一通過在所述移動終端中設置監測裝置，實現了對移動終端電池剩余電量的測量以及剩余電量可持續工作時間的計算和顯示，可為用戶提供精確的電池剩余時間，以幫助用戶選擇充電或合理的分配使用時間。
圖2為本發明移動終端實施例二的結構示意圖。如圖2所示，本實施例二是在圖 1所示的移動終端的基礎上，所述電流采樣電路1具體包括音頻信號發生器101、取樣電阻 102、放大電路103、整流濾波電路104及相位檢測電路105。所述音頻信號發生器101用于在所述電池8兩端生成恒定的交流音頻電流信號。所述取樣電阻102，串聯在所述音頻信號發生器101與所述電池8之間用于取樣流經所述電池8的交流模擬電流值。所述放大電路 103用于放大所述交流模擬電流值并輸出。所述放大電路優選為差動放大電路。所述整流濾波電路104用于對經所述放大電路放大后的所述交流模擬電流值進行整流濾波處理并向所述模擬量多路轉換開關3輸出。所述相位檢測電路105用于檢測經所述整流濾波后的所述交流模擬電流值的相位并向所述模擬量多路轉換開關3輸出。
本實施例二其測量原理是基于內阻四線法測量，其原理圖如圖3所示，在電池兩端施加一恒定的交流音頻電流is，然后檢測電池端電壓V。，以及監測is和V。兩者之間的夾角Θ，該夾角θ即為交流音頻電流的相位。三者之間關系如圖4所示，基于以下公式計算出電池R的內阻
Z = V0/is (1)
R = Zcos θ (2)。
采用本實施例二所述結構的電流取樣電路，可準確的計算出電池的內阻，以便于依據該內阻精確的得出電池的剩余電量。另外，本實施例中所述音頻發生器只要調整音頻電流源幅度，即可實現不同容量的電池的剩余電量測量。
如圖5所示，本發明移動終端實施例三的結構示意圖，本實施例是以實施例二為基礎，所述電流取樣電路還包括耦合驅動電路。所述耦合驅動電路的原邊耦接于所述音頻信號發生器的交流音頻電流信號的輸出端，副邊耦接于所述取樣電阻和所述電池構成的回路中。本實施例三通過設置耦合驅動電路可有效隔離原、副邊電路的電磁干擾。所述耦合驅動電路可選變壓器耦合驅動電路或光電耦合驅動電路。
如圖6所示，本發明移動終端實施例四的結構示意圖，本實施例是以實施例一為基礎。所述處理單元5還包括報警提示控制模塊503，該報警提示控制模塊503用于將計算出的所述內阻與預設內阻閾值進行比較，當所述內阻小于所述預設內阻閾值時輸出報警指令。所述移動終端還包括報警器9，所述報警器9用于依據接收自所述處理單元5輸出的報警指令發出報警音。當然本實施例還可以以實施例二或實施例三為基礎，即在所述實施例二或實施例三中所述的移動終端上增設報警器，所述處理單元還包括報警提示控制模塊。本實施例通過設置報警器，可提示用戶在電池剩余電量不足時及時選擇充電、或保存當前的工作、或立即停止當前通話，避免因移動終端突然關機造成的數據丟失或中斷。
上述各實施例中，所述處理單元和移動終端的控制器可協同工作，在移動終端的控制器處于數據處理空閑時，所述控制器可作為處理單元，完成處理單元的數據處理工作。 其中，所述的處理單元為單片機，優選AVR單片機，該單片機是一種高速嵌入式單片機，片內不僅集成了許多外圍接口功能電路，而且運算速度快、功耗低、可靠性高，非常適合在移動終端中應用。
另外，本發明各實施例所述的移動終端可以是手機或掌上電腦等移動設備。
如圖7所示，本發明電池剩余電量測量方法實施例一的流程示意圖，該方法可以采用本發明實施例所提供的電池剩余電量測量裝置來執行。本實施例包括如下步驟
步驟S1、處理單元通過電流取樣電路和電壓取樣電路獲取電池的模擬電流值和模擬電壓值；
步驟S2、模數轉換器將所述模擬電流值和模擬電壓值轉換為數字電流值和數字電壓值；
步驟S3、處理單元依據所述數字電流值和所述數字電壓值計算所述電池的內阻；
步驟S4、處理單元查詢存儲單元中已存儲的電池內阻及剩余電量對應關系列表， 獲得對應于計算得出的所述內阻的剩余電量；
步驟S5、處理單元依據查詢獲取的剩余電量計算剩余電量可持續工作時間；
步驟S6、顯示單元顯示所述剩余電量及剩余電量持續工作時間。
本實施例基于電池的內阻得出剩余電量，并依據該剩余電量計算剩余電量可持續工作時間。較現有技術，本實施例測量方法簡便，且具有較高的測量精度。
進一步的，為提高電池內阻的計算準確性，進而提高剩余電量的測量精度。上述實施例中，步驟Sl，所述的處理單元通過電流取樣電路和電壓取樣電路獲取電池的模擬電流值和模擬電壓值；其中所述處理單元通過電流取樣電路獲取電池的模擬電流值的實現，可具體包括如下步驟
步驟S101、音頻發生器在所述電池兩端生成恒定的交流音頻電流信號；
步驟S102、取樣電阻獲取流經所述電池的交流模擬電流值；
步驟S103、放大電路放大所述交流模擬電流值；
步驟S104、整流濾波電路對放大后的所述交流模擬電流值進行整流濾波處理，以及相位檢測電路獲取所述交流模擬電流值的相位。
上述各實施例中，所述的內阻與剩余電量對應關系列表可以是電池廠家或是用戶事先依據電池的放電特性測量得出的對應關系列表，也可以是用戶定期在電池充滿電后對電池放電，同時監測電池的放電過程生成內阻與剩余電量的對應關系，以更新存儲單元中的相關數據信息，進而提高電池剩余電量測量的精度。若需要定期對存儲單元中已存儲的內阻與剩余電量的對應關系，上述各實施例中，依據所述電池剩余電量測量方法還包括生成所述內阻與剩余電量對應關系列表。該步驟具體實現步驟如下
步驟a、將滿電量電池按設定放電率放電；步驟b、實時監測放電過程中電池的內阻；步驟C、實時記錄放電過程中電池不同內阻時的放電量，依據所述放電量得出電池的剩余電量；以及，步驟d、建立內阻與剩余電量對應關系列表。下面以鋰電池為例，上述生成所述內阻與剩余電量對應關系列表的具體實現過程為12V鋰電池，充電至13. 8V，浮充電流至IOmA即表明為滿電量鋰電池。首先，將滿電量 12V鋰電池以IC放電率放電，即所用電池容量1小時放電完畢。然后，在放電過程中實時監測電池的內阻，并記錄電池內阻，及各內阻時電池的放電量，依據放電量得出電池的剩余電量。隨后，當鋰電池放電完畢，即電池從12V放電至10. 8V時，便可獲得剩余電量與鋰電池內阻之間的關系列表，其曲線圖如圖8所示的。最后，將得到的關系列表存入EPROM存儲器中，在以后測試同型號同規格的鋰電池時，處理單元可根據測到的電池內阻值通過查表得出其剩余電量值。本領域普通技術人員可以理解實現上述方法實施例的全部或部分步驟可以通過程序指令相關的硬件來完成，前述的程序可以存儲于一計算機可讀取存儲介質中，該程序在執行時，執行包括上述方法實施例的步驟；而前述的存儲介質包括R0M、RAM、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質。以下是兩個采用本發明結構設計的移動終端的兩個樣機的性能測試列表，測試結果如表1中所示。表1、1、2號樣機的性能測試結果
權利要求
1.一種移動終端，其特征在于，包括電池和用于實時監測所述電池剩余電量的監測裝置；其中，所述監測裝置包括存儲單元，用于存儲電池內阻及剩余電量對應關系列表；電流取樣電路，串聯在所述電池的供電電路中，用于實時取樣所述電池的模擬電流值；電壓取樣電路，并聯在所述電池的兩端，用于實時取樣所述電池兩端的模擬電壓值； 模擬量多路轉換開關，用于依據設定頻率輪次切換所述電流取樣電路和所述電壓取樣電路分別與模數轉換器的數據通信；所述模數轉換器，用于將接收的模擬電流值或模擬電壓值轉換為數字電流值或數字電壓值輸出；處理單元，包括計算模塊和查詢模塊，所述計算模塊用于依據所述數字電流值和所述數字電壓值計算所述電池的內阻，以及依據所述查詢模塊查詢獲取的剩余電量計算剩余電量可持續工作時間；所述查詢模塊用于查詢存儲單元中已存儲的電池內阻及剩余電量對應關系列表，獲得對應于計算得出的所述內阻的剩余電量；以及， 顯示單元，用于顯示所述剩余電量及剩余電量持續工作時間。
2.根據權利要求1所述的移動終端，其特征在于，所述電流取樣電路包括音頻信號發生器、取樣電阻、放大電路、整流濾波電路及相位檢測電路，其中，所述音頻信號發生器，用于在所述電池兩端生成恒定的交流音頻電流信號； 所述取樣電阻，串聯在所述音頻信號發生器與所述電池之間，用于取樣流經所述電池的交流模擬電流值；所述放大電路，用于放大所述交流模擬電流值并輸出；所述整流濾波電路，用于對經所述放大電路放大后的所述交流模擬電流值進行整流濾波處理并向所述模擬量多路轉換開關輸出；所述相位檢測電路，用于檢測經所述整流濾波后的所述交流模擬電流值的相位并向所述模擬量多路轉換開關輸出。
3.根據權利要求2所述的移動終端，其特征在于，所述放大電路為差動放大電路。
4.根據權利要求2所述的移動終端，其特征在于，所述電流取樣電路還包括耦合驅動電路，其原邊耦接于所述音頻信號發生器的交流音頻電流信號的輸出端，副邊耦接于所述取樣電阻和所述電池構成的回路中，用于隔離原副邊電路的電磁干擾。
5.根據權利要求4所述的移動終端，其特征在于，所述耦合驅動電路為變壓器耦合驅動電路或光電耦合驅動電路。
6.根據權利要求1所述的移動終端，其特征在于，所述處理單元為單片機。
7.根據權利要求1至6中任一所述的移動終端，其特征在于，所述處理單元，還包括報警提示控制模塊，用于將計算出的所述內阻與預設內阻閾值進行比較，當所述內阻小于所述預設內阻閾值時輸出報警指令；所述移動終端，還包括報警器，用于依據接收自所述處理單元輸出的報警指令發出報警音。
8.一種電池剩余電量測量方法，其特征在于，包括 獲取電池的模擬電流值和模擬電壓值；將所述模擬電流值和模擬電壓值轉換為數字電流值和數字電壓值； 依據所述數字電流值和所述數字電壓值計算所述電池的內阻； 查詢存儲單元中已存儲的電池內阻及剩余電量對應關系列表，獲得對應于計算得出的所述內阻的剩余電量；依據查詢獲取的剩余電量計算剩余電量可持續工作時間；以及， 顯示所述剩余電量及剩余電量持續工作時間。
9.根據權利要求8所述的電池剩余電量測量方法，其特征在于，所述獲取電池的模擬電流值包括在所述電池兩端生成恒定的交流音頻電流信號； 獲取流經所述電池的交流模擬電流值； 放大所述交流模擬電流值；以及，對放大后的所述交流模擬電流值進行整流濾波處理，并獲取所述交流模擬電流值的相位。
10.根據權利要求8或9所述的電池剩余電量測量方法，其特征在于，還包括生成所述內阻與剩余電量對應關系列表，具體實現步驟如下將滿電量電池按設定放電率放電； 實時監測放電過程中電池的內阻；實時記錄放電過程中電池不同內阻時的放電量，依據所述放電量得出電池的剩余電量；以及，建立內阻與剩余電量對應關系列表。
全文摘要
本發明提供一種移動終端及電池剩余電量測量方法。其中，所述移動終端包括電池和用于實時監測電池剩余電量的監測裝置。所述監測裝置包括存儲單元、電流取樣電路、電壓取樣電路、模擬量多路轉換開關、模數轉換器、處理單元及顯示單元。所述電池剩余電量測量方法包括獲取電池的模擬電流值和模擬電壓值；將所述模擬電流值和模擬電壓值轉換為數字電流值和數字電壓值；依據所述數字電流值和所述數字電壓值計算所述電池的內阻；查詢存儲單元中已存儲的電池內阻及剩余電量對應關系列表，獲得對應于計算得出的所述內阻的剩余電量；依據查詢獲取的剩余電量計算剩余電量可持續工作時間；以及，顯示所述剩余電量及剩余電量持續工作時間。
文檔編號G01R31/36GK102495370SQ20111036119
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月15日 優先權日2011年11月15日
發明者李學文 申請人:北京百納威爾科技有限公司