多电池设备中的负载调度制造技术

各种实施例提供用于在具有多个电池的设备中调度功率负载的技术和设备。负载的特征基于为它们服务所需的功率。然后响应于负载的类型和电池的相对的监测特性将负载分配给电池。监测电池特性可随时间变化。在一些实施例中，所存储的电池属性信息也可以用于调度负载。在另外的实施例中，估计的工作负载也可以用于调度负载。

Load scheduling in a multi cell device

Various embodiments provide techniques and apparatus for scheduling a power load in a device having a plurality of cells. The characteristics of the load are based on the power required to serve them. The load is then allocated to the battery in response to the type of load and the relative monitoring characteristics of the battery. Monitoring battery characteristics can vary with time. In some embodiments, the stored battery attribute information can also be used to schedule the load. In another embodiment, the estimated workload can also be used to schedule load.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
在电子器件中的能量效率——特别是取决于操作功率的有限源——是对设备工程师的重要关注点，并且在产品设计师的工作中通常是一个重要的限制因素。随着电池供电的移动设备在商业和个人环境中变得无处不在，提高能效的问题仍然与以往一样重要。因此，用于提高这种设备中的能量效率的研究和开发努力是多种多样的，从硬件材料和架构的改进到操作系统调度效率以及在应用层的改进的设备资源管理。现有系统通常依赖于单个电源（例如，单个电池），从中提取所需的功率，而不管设备的硬件和软件功能的状态如何。即使在使用多个电池单元的越来越常见的系统中，电池组的部件单元或其他部分通常被该设备处理为单个电池模块。在当前普通的单实体电源范例下，来自设备的所有功率负载由单个电源服务，而不管负载的类型如何（例如，后台应用或进程对流视频）。即使在具有多个可单独访问的电池模块的系统中，通常以不考虑电池的固有和变化特性的方式将负载分配给电池。例如，通常将所有负载分配给单个电池，直到电池的能量耗尽，此时所有负载被分配给另一个电池，直到该电池耗尽，等等。其他典型的系统在电池模块之间连续地尽可能均等地分担负载，使得系统可用的所有电池的充电状态保持基本上均匀或“平衡”。在本领域中通常表示的系统使得难以或不可能考虑浪费能量的变化百分比，其部分地取决于负载的性质和电池的状态，或者在设计设备或系统时利用那些已知的性质。
技术实现思路
本文所讨论的技术和设备促进具有多于一个电池模块的设备中的负载调度。该技术使得负载调度模块能够以通过降低设备的总能量消耗来提高效率的方式来调度多个电池之间的设备中的负载，从而延长装置及其电池的寿命。负载调度模块可以通过响应于多个不同的电池和负载特性分配负载来利用系统中不同电池的物理特性。本
技术实现思路
被提供以用于以简化形式介绍概念的选择，其在以下的具体实施方式中将做出进一步的描述。本
技术实现思路
并不旨在识别要求保护的主题的关键特征或者核心特征，其也并不旨在被用来确定要求保护的主题的范围。例如，术语“技术”可以指代一个或多个系统、方法、计算机可读指令、模块、算法、硬件逻辑（例如，现场可编程门阵列（FPGA）、专用集成电路（ASIC）、专用标准产品（ASSP）、片上系统（SOC）、复杂可编程逻辑器件（CPLD）)和/或上下文和和整个文档所允许的技术。附图说明具体实施方式参照附图进行描述。在附图中，附图标记的最左边的（多个）数字标识在其中该附图标记首次出现的附图。在不同的附图中相同的附图标记表示相似或相同的项目。图1是描绘其中多电池设备中的负载调度的实施例可操作的示例环境的框图。图2是描绘根据一些实施例的采用电池监测和工作负载估计模块的示例性电源管理模块的系统框图，两者都向负载调度模块提供信息。图3是根据一些实施例的用于调度功率负载的示例性贪婪调度算法的流程图。图4是根据一些实施例的用于调度功率负载的示例性阈值调度算法的流程图。图5是示出根据一些实施例的具有三种调度模式的示例性混合负载调度过程的流程图。图6是示出根据示例实施例的示例性电池电阻特性曲线的绘制曲线图。具体实施方式概述本文描述的实施例提供用于在具有多于一个电源模块的设备中调度功率负载的技术和设备，这些设备例如为多电池智能电话、平板计算机、膝上型和台式计算机、电子书阅读器、娱乐设备、可穿戴设备、传感器节点、和可以由多于一个电池模块供电的其他设备。这种设备中的“负载”可以概念化为需要来自设备的（多个）功率模块的电功率以便被完成的设备的任何功能。在各种实施例中，负载可以对应于例如处理器功能、用户活动、用户应用、操作系统或内核进程、输入/输出进程和设备、存储器进程和数据存储硬件的任何组合。更具体地，术语“负载”可以指由上述过程、功能或硬件元件中的一个引起的电负载的概念，指负载引起的过程、功能或硬件元件本身，或两者皆有。出于本公开目的的电池或电池模块可以指从设备和/或负载调度模块角度起作为单一实体起作用的任何有限功率源。例如，电池模块可以表示单个电池单元或电池组的大网络，每个电池组包含许多单元。术语“电池模块”还可以应用于诸如电容器、超级电容器、燃料电池或任何其他化学、热或机械能存储模块的设备可用的任何其他非无限能量或功率源。每当任何设备汲取功率时，在其被直接应用于对设备的功能部件（即，负载）供电的意义上，只有所汲取的能量的一部分实际上变得“有用”。无论是否由功率的物理传递、设备中使用的材料的性质、电池组的特性、或设备的硬件和软件的操作设计中的低效率导致，设备中的低效率损失了所汲取的相当大部分的功率。确定电池中多少功率变成浪费的能量的两个重要因素是电池的内阻和负载的功率。浪费的能量通常被认为是不能到达系统或设备的功能部分的能量，而有用的能量是来自如预期那样充当直接向设备的过程、功能或硬件元件提供功率的电池的能量。由于在有用能量达到的设备的功能区域中固有的其他低效率（例如，在处理器或显示器中产生的热量），来自电池管理视角的“有用的”能量仍然可能“丢失”，但是这种能量仍然可以被认为是有用的能量，因为它在达到其在设备内的预期功能之前不被“浪费”。从提高负载调度的效率的角度来看，仅在到达系统或设备的其他功能部件之后才被浪费的能量（例如，由于各种设备硬件中固有的低效率或者与负载调度无关的低效软件算法而浪费的能量）通常不应从负载调度模块或算法的角度被认为是“浪费”。内阻可以取决于许多因素，包括电池的充电状态、活性电池材料的化学组成、电池的寿命、电池已完成多少次放电循环以及电池的温度等。充电状态（在电池中剩余多少电荷）与例如在当代移动设备中使用的典型电池中的电池的内阻密切相关。众所周知，与相对较低功率的负载相比，高功率负载在电池中引起更多的浪费的能量。例如，考虑移动设备的两种不同状态：（1）观看视频和（2）待机模式。观看视频的功耗很高，需要为显示器和处理器密集型视频渲染供电。相比之下，待机模式仅使用最少的背景处理，并且通常不需要显示器是可操作的。但是，不仅观看视频的功率需求更高，而且与待机模式或具有比观看视频的功率要求更低的任何其他活动相比，浪费的电池中的能量的百分比也更高。这里描述的这些原理及其专利技术是可扩展的并且适用于具有更高或更低功率要求的其他系统。例如，在电动或混合动力车辆中，车辆的加速度可以被认为是相对高功率状态，而停车灯处的空闲可以被认为是相对低功率状态。浪费的能量还取决于电池的内阻（也称为DC内阻或DCIR）。一般来说，电池的内阻越高，与成为最终为设备的功能部分供电的有用能量的能量相比，更多的能量将成为浪费能量。作为这种现象的简化解释，考虑电池作为由理想的电压V的功率源和电阻R的电阻器构成的等效电路，电阻R代表电池的内阻。根据欧姆定律，电池内部的浪费能量等于电流乘以内阻的平方乘以持续时间：Ewaste=I2RT因此，对于给定的负载功率，内阻R越高，浪费的能量越高。实际上，电池的充电状态与目前通常使用的电池的内阻密切相关。实验结果表明，当电池变空时，其内阻变大。因此，浪费的能量也变大。这些观察导致一般的原理，即电池的低充电状态将导致更多的浪费的能量（对于相同的负载）。换言之，电池越空，浪费的能量越多，而电池越充足，浪费的能量越少。与先前方法相反，本文所讨论的技术和设备被设计为利用电池的固有特性，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，包括：监测多个有限能量源中的至少一个有限能量源的至少一个能量源特性；监测当前负载的至少一个负载特性；响应于所述监测至少一个能量源特性和所述监测至少一个负载特性来选择所述多个有限能量源中的一个有限能量源；以及将所述当前负载调度到所选择的有限能量源。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.25 US 14/262,2051.一种方法，包括：监测多个有限能量源中的至少一个有限能量源的至少一个能量源特性；监测当前负载的至少一个负载特性；响应于所述监测至少一个能量源特性和所述监测至少一个负载特性来选择所述多个有限能量源中的一个有限能量源；以及将所述当前负载调度到所选择的有限能量源。2.根据权利要求1所述的方法，所述多个有限能量源包括多个电池模块。3.根据权利要求2所述的方法，所述监测至少一个能量源特性包括计算从第一电池模块消耗的能量的量；并且所述选择所述多个有限能量源中的一个有限能量源包括：当从所述第一电池模块消耗的能量的量小于或等于切换阈值时，根据第一选择模式进行选择；以及当从所述第一电池模块消耗的能量的量大于所述切换阈值时，根据第二选择模式进行选择。4.根据权利要求3所述的方法，所述监测至少一个负载特性包括确定所述当前负载是低功率负载还是高功率负载；所述第一选择模式包括选择所述第一电池模块；并且所述第二选择模式包括：当所述当前负载是低功率时，选择所述第一电池模块；以及当所述当前负载是高功率时，选择所述第二电池模块。5.根据权利要求2所述的方法，所述监测至少一个能量源特性包括：监测所述多个有限能量源中的至少一个有限能量源的至少一个状态；以及访问所述多个有限能量源中的至少一个有限能量源的至少一个被存储的特性。6.根据权利要求5所述的方法，所述多个有限能量源中的至少一个有限能量源的所述至少一个状态包括所述多个电池模块中的至少一个电池模块的内阻、充电状态、温度、老化或完成的放电循环的次数中的至少一个的值；并且所述多个有限能量源中的至少一个有限能量源的所述至少一个被存储的特性包括所述多个电池模块中的至少一个电池模块的所述内阻相对于能量输出的存储信息、所述充电状态相对于能量输出的存储信息、初始内阻、最大电阻。7.根据权利要求5所述的方法，所述选择所述多个有限能量源中的一个有限能量源还包括：计算估计的未来工作负载；响应于所述估计的未来工作负载、所述监测至少一个能量源特性、或所述监测至少一个负载特性中的至少一者来分配用于所述当前负载的选择模式；以及根据所分配的选择模式来选择所述多个有限能量源中的所述一个有限能量源。8.根据权利要求7所述的方法，所述监测至少一个负载特性包括确定所述当前负载是低功率负载还是高功率负载；其中所分配的选择模式包括分离模式、投资模式或保留模式，所述投资模式包括：应用贪婪算法以从所述多个电池模块中选择贪婪优选电池；在所述当前负载是低功率并且所述估计的未来工作负载预测所述贪婪优选电池的当前可用的位置将以低功率负载填充时，选择所述贪婪优选电池作为所选择的有限能量源，而不管当前选择如何；以及在所述当前负载是高功率并且所述估计的未来工作负载预测所述贪婪优选电池的当前可用的位置将以高功率负载填充时，选择除了所述贪婪优选电池之外的有限能量源作为所选择的有限能量源，而不管调度决策如何；所述保留模式包括：识别第一电池模块和第二电池模块，所述第一电池模块具有比所述第二电池模块的内阻更高的内阻和比所述第二电池的第二电池最大电阻更低的第一电池最大电阻；以及当所述当前负载为低功率、所述第二电池最大电阻与所述第一电池最大电阻的比率超出最大电阻失衡阈值、并且所述估计的未来工作负载预测高功率负载的量足以填充所述第一电池模块的剩余容量时，选择所述第二电池模块作为所选择的有限能量源；并且所述分离模式包括：识别第一电池模块和第二电池模块，所述第一电池模块具有比所述第二电池模块的内阻相对更高的内阻；当所述当前负载是低功率时，选择所述第一电池模块作为所选择的有限能量源；以及当所述当前负载是高功率时，选择所述第二电池模块作为所选择的有限能量源。9.一种系统，包括：至少一个计算设备，被耦合到多个有限能量源，所述多个有限能量源被配置为向所述至少一个计算设备提供功率，所述多个有限能...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄铂钧，T·莫斯布罗达，R·钱德拉，S·E·霍德格斯，J·L·梅纳沙根，
申请(专利权)人：微软技术许可有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US